Искусственные простые квази-клетки показали способность к самовоспроизведению

Считается, что способность к самовоспроизводству - одно из ключевых свойств живого. Однако ученые показали, что искусственные кпростые вази-клетки, то есть клеточноподобные структуры небиологического происхождения, имитируют самовоспроизводство и высвобождают полимерные вещества, сообщает phys.org.

Жизнь на Земле обладает исключительной способностью к самовоспроизводству, которая даже на простом клеточном уровне обусловлена сложной биохимией. Но может ли самовоспроизводство существовать в среде, свободной от биохимии? Исследование, проведенное учеными из Гарвардского университета, показало, что ответ положительный. Исследователи разработали небиохимическую систему, в которой синтетические клеточные структуры формируются и самовоспроизводятся путем выброса полимерных спор.
В статье PNAS сообщается о реакции в одном реакторе, в ходе которой химически активные полимерные протоклетки начали свой путь в виде однородной смеси молекул, которые обычно не самосборяются. Однако при освещении зеленым светом (530 нм) они образовывали пузырько-подобные структуры, которые росли и делились по мере протекания реакции.
Живые организмы производят потомство из своего собственного клеточного материала, давая начало новым независимым формам жизни, которые взаимодействуют с окружающей средой для получения пищи, энергии и информации, необходимых для выживания. Если все идет хорошо, внутренние химические сети этих новых систем также позволяют им самовоспроизводиться, что приводит к появлению будущих поколений. Как заявил в 1858 году Рудольф Вирхов, отец клеточной патологии, "каждая клетка происходит от ранее существовавшей клетки". В жизни, основанной на биохимии, даже одноклеточные организмы, такие как бактерии, зависят от цепочки хорошо скоординированных сложных химических процессов, обеспечивающих поддержание жизни и размножение. Известно, что биохимии достаточно для обеспечения самовоспроизводства, но так ли это важно? Или мы можем создать в лаборатории искусственные, изолированные химические системы, которые могут самостоятельно собираться и воспроизводиться?
Предыдущие исследования показали поведение, подобное размножению, такое как самосборка, вызванная полимеризацией (PISA), в мицеллах и везикулах. Однако эти процессы не были биохимически свободными и не демонстрировали истинного автономного самовоспроизводства.
Чтобы исследовать неизведанное, команда разработала одноразовый реактор периодического действия PISA, состоящий из строго небиохимических молекул, с целью синтеза амфифилов, способных самоорганизоваться, самосборяться и самоинициироваться в химически активные вещества. Реакционный сосуд содержал водный раствор гидрофильного полимера с молекулой гидрофобного агента для переноса цепи (CTA), прикрепленной к его концу, а также мономер, подлежащий полимеризации, и фотокатализатор в инертной среде, заполненной азотом. Затем эту смесь выдерживали под зеленым светодиодным светом в течение 90 минут при температуре 33°C.
В результате ученые обнаружили, что смесь химических веществ подвергается фотообратимой фотополимеризации с переносом фрагментирующей цепи (RAFT) в воде для превращения исходных молекул в амфифильные блок-сополимеры. Эти блок-сополимеры затем давали начало небиохимическим полимерным везикулам или синтетическим клеткам, которые демонстрировали способность к самовоспроизводству с помощью PISA. Везикулы не только формировались и поддерживали свою жизнедеятельность, но и выделяли полимерные "споры", которые приводили к нелинейному экспоненциальному увеличению числа везикул, причем каждое новое поколение наследовало определенные свойства от своих "родительских" везикул. Поведение, показанное в этом исследовании, имитирует самовоспроизводство - ключевую особенность живых систем, возникающую в результате простой химии без необходимости в сложных биохимических процессах. Исследователи отмечают, что полученные результаты не только дают представление о том, как могла зародиться жизнь, но и открывают новые возможности для создания широкого спектра абиотических систем, подобных жизни.