Липиды, или жиры, необходимы для жизни. Они образуют мембраны вокруг клеток, защищая их от внешнего мира. В природе существует огромное разнообразие липидов, и у каждого организма есть своя уникальная комбинация. Но каковы минимальные требования к липидам для выживания клетки?
Исследовательская группа из B CUBE–Center for Molecular Bioengineering в TUD Dresden University of Technology показала, что клетки могут функционировать всего с двумя липидами. Они создали клетку с минимальной, адаптивной мембраной, предлагая уникальную платформу для изучения того, как эволюционировала липидная сложность и как ее можно спроектировать для синтетической жизни. Их результаты опубликованы в Nature Communications.
Мембраны подобны пузырькам, которые инкапсулируют клетки и отделяют их от окружающей среды. Мембраны также служат платформами, где молекулы взаимодействуют, координируя процессы, необходимые для жизни.
«В природе существует огромное разнообразие липидов, и почти каждый организм имеет свой собственный набор липидов, известный как липидом. Например, в человеческих клетках используются сотни различных типов липидов», — говорит руководитель исследовательской группы Джеймс Саенс. «Тем не менее, все эти различные смеси липидов обеспечивают решения одних и тех же ключевых эволюционных задач: создание стабильного барьера и организация биомолекул в пространстве и времени. Мы хотим понять, почему эволюционировало так много различных липидов, почему они нужны жизни и как их можно использовать для создания синтетических живых систем».
Для своего исследования группа начала с mycoplasma mycoides, природной простой патогенной бактерии. В отличие от большинства клеток, микоплазма не может вырабатывать собственные липиды и должна вместо этого использовать те, которые предоставляет ее хозяин. Систематически дополняя клетки различными комбинациями липидов, исследователи сузили основную комбинацию, необходимую для выживания и деления.
Они обнаружили, что клетки могут выживать, питаясь всего двумя липидами: холестерином и другим так называемым липидом, образующим бислой, — фосфатидилхолином.
«Эти два липида не обязательно единственные, которые могли бы поддерживать жизнь», — говорит соавтор исследования Айзек Джастис. «Но наличие как липида, образующего бислой, который обеспечивает базовую структуру клеточной мембраны , так и липида, не образующего бислой, такого как холестерин, который добавляет стабильности, кажется фундаментальным требованием».
Команда наблюдала за клетками с минимальной липидной диетой под электронным микроскопом и увидела драматические эффекты в форме и размере клеток. Некоторые клетки выросли в десять раз по сравнению с обычным размером, в то время как другие образовали необычные формы и деформации.
«Больше всего меня удивило, — говорит Джастис, — то, что около половины клеток, содержащих всего два липида, выглядели совершенно нормальными. Они были круглыми и хорошо разделенными. Несмотря на резкое снижение сложности липидов, они продолжали функционировать на удивление хорошо».
Достижение этой минимальной комбинации липидов было непростой задачей. Первоначальные эксперименты показали, что микоплазма могла модифицировать большую часть липидов, которыми ее кормили, преобразуя их в новые типы.
«Когда мы предоставили холестерин и общий двухслойный фосфолипид, клетки смогли сгенерировать из них около 30 различных липидов», — объясняет Саенс. Чтобы контролировать минимальный липидный состав, команда предоставила клеткам очень похожие липиды, но связанные с другим типом химической связи, которую клетки не смогли разрушить своими ферментами.
Определив минимальную липидную диету, исследователи применили ее к «минимальной клетке» под названием JVCI-Syn3A, которая была разработана в Институте Дж. Крейга Вентера, чтобы содержать только гены, необходимые для выживания. Теперь, имея как минимальный геном, так и липидом, эта клетка представляет собой мощный новый инструмент для синтетической биологии.
Эта минимальная клеточная система обеспечивает уникальную платформу для изучения того, как липиды поддерживают жизнь. Используя принципы синтетической биологии снизу вверх , исследователи теперь могут повторно вводить различные части липидома направленным образом и исследовать соответствующие изменения в функции клетки.
«Можно думать об этом как об обратном проектировании эволюции сложности липидов. Мы не обязательно воссоздаем липиды, которые присутствовали в древней жизни. Мы не могли этого сделать. Мы просто не знаем, что это такое. Вместо этого мы возвращаем сложность обратно в мембрану систематическим, пошаговым способом», — говорит Джастис.
«Найдя минимальные требования к липидам для живой клетки, мы теперь имеем экспериментальную платформу для понимания того, почему определенные липидные структуры эволюционировали и как они поддерживают жизнь», — говорит Саенс. «Эти знания могут однажды помочь нам разработать синтетические клетки с мембранами, изготовленными на заказ, для специальных применений в биотехнологии и медицине».
Загадочная ось во Вселенной совпадает с осью нашей Солнечной системы
Как раз тогда, когда нам кажется, что мы начинаем познавать Вселенную, новая загадка выбивает это представление из космологии. Будь то люди XVII века, которые наконец-то поняли, что живут на скале,…
Гигантские каменные сосуды с костями раскрывают тайну столетней давности
На протяжении почти столетия археологи ломают голову над тысячами гигантских каменных кувшинов, разбросанных по высокогорью Лаоса. Высеченные из цельной скалы и весящие несколько тонн, они стоят группами по всей территории,…
Острова теряют биоразнообразие, которое делало их уникальными
Острова издавна служили естественными лабораториями для изучения эволюции и экологии, вдохновляя на создание основополагающих идей, начиная от теории эволюции Дарвина и заканчивая самой островной биогеографией. Новые исследования показывают, что многие…
МО: за ночь над регионами России сбили 133 украинских БПЛА
Российские средства ПВО перехватили и уничтожили за ночь над регионами РФ и акваторией Черного моря 133 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи в период…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ один человек погиб, 12 были ранены
ВСУ атаковали территорию Белгородской области порядка 90 раз за прошедшие сутки. В результате погиб мирный житель, еще 12 получили ранения, сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в "Максе". "За минувшие…
ВС России поразили предприятие «Смарт интеллиджент систем» в Киеве
Армия России поразила в Киеве предприятие "Смарт интеллиджент систем", производившее беспилотники, сообщили в Минобороны РФ. Предприятие осуществляло производство беспилотных летательных аппаратов различных модификаций и комплектующих к ним. В том числе…
Чувство родной земли помогает оставаться людьми в цифровую эпоху
Мы неизбежно дорастём до представления о том, что любая земля свята. Человеку земля нужна как союзни...
«Варварские нашествия» вынудили римских солдат перейти к охоте и рыболовству
Анализ останков животных из римского форта Диана-Караташ на территории современной Сербии показывает...
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".