Искусственные клетки научили есть

Микропузырьки с полимерной мембраной активно поглощают вещества из окружающей среды с помощью насоса, работающего на свету.

Все живые организмы должны есть и пить, и хотя звери, птицы, пауки, грибы и т. д. загружают в себя еду по-разному, на уровне отдельных клеток всё происходит более или менее одинаково: с помощью специальных транспортных молекул, вмонтированных в клеточную мембрану, клетка всасывает в себя разные вещества. Важно, что эти вещества способны поступать в клетку против градиента концентрации. То есть если снаружи глюкозы мало, а в клетке глюкозы много, но нужно ещё больше, клетка вполне способна закачать дополнительные молекулы глюкозы и, закачав, не выпускать их наружу. Это чрезвычайно важное умение; можно сказать, что жизнь в целом стала возможна благодаря тому, что первые клетки научились активно поглощать то, что им нужно, и в тех количествах, в которых требуется.

Чтобы мембранный насос работал против градиента концентрации, ему нужна энергия. Питательные вещества расщепляются в энергетических биохимических реакциях, энергия их химических связей запасается в виде молекулы АТФ и других, подобных ей — из таких молекул энергию потом достать очень просто — и какая-то часть их отправляется к мембранным насосам, чтобы те могли работать. Сотрудники Нью-Йоркского университета сумели воспроизвести процесс питания в искусственных клетках, использовав в качестве источника энергии свет. Собственно, клетками подобные искусственные образования можно называть только с большой натяжкой. Это просто мембранные пузырьки размером с эритроцит, мембрана которых к тому же сделана не из липидов, а из полимера, и внутри у них нет ничего похожего на клеточные структуры — ни ядра, ни митохондрий, ни аппарата синтеза белка и пр.

Тем не менее, чтобы изучать некоторые фундаментальные процессы, такие клеточные «куклы» вполне подходят. В мембране пузырьков проделывали отверстие, в которое вставляли молекулярный насос. Когда пузырьки освещали, насос включался и втягивал внутрь мелкие частицы, плавающие вокруг. Когда свет исчезал, насос отключался, но не выпускал наружу ничего из того, что попало в «клетку». Насос можно было перепрограммировать, чтобы на свету он выводил наружу то, что было внутри пузырька:

Можно сказать, что искусственные пузырьки научили есть; правда, поглощённую еду они не переваривали, но главное, что насос продолжал ловить из внешней среды частицы, даже если в «клетке» их было уже под завязку.

Исследователи повторили эксперимент, добавив к пузырькам кишечных палочек — пузырьки не смутились и начали поглощать бактерий:

Как было сказано выше, умение активно поглощать вещества — одно из главных свойств жизни, и, возможно, если эти пузырьки доработать, они станут больше похожи на настоящие клетки. Но если не забегать так далеко, то можно сказать, что такие «питающиеся» пузырьки пригодились бы для очистки разных жидкостей от загрязнителей или от бактерий, причём и загрязняющие вещества, и бактерии можно было бы разрушать прямо в пузырьках с помощью каких-нибудь специальных реагентов.

Результаты экспериментов опубликованы в Nature.