Создана минималистичная «клетка», способная к хемотаксису

Клетка является минимальной единицей жизни и содержит множество сложных механизмов, обеспечивающих ключевые клеточные процессы — размножение, метаболизм, накопление энергии и транспорт. Моделирование этих механизмов в искусственных системах может помочь лучше понять, как функционируют живые клетки и многоклеточные организмы. В новой работе ученые из Испании и Великобритании смоделировали одну из фундаментальных способностей живых клеток — хемотаксис (движение по направлению химического градиента) — в минималистичной искусственной клетке, состоящей всего из трех компонентов.

В качестве модели клетки авторы использовали липидные везикулы из фосфатидилхолина, полученного из сои. Везикулы смешивали с раствором белка альфа-гемолизина бактерии Staphylococcus aureus, который при контакте с липидными мембранами образует гептамеры, формирующие поры диаметром 1,4–4,6 нм. Формирование пор подтвердили, поместив везикулы, несущие CaCl₂, в раствор, реагирующий на присутствие кальция. Число пор зависело от соотношения альфа-гемолизина к фосфатидилхолину на этапе смешивания и для соотношения 0,2 составило в среднем три поры на «клетку». Поры при этом не распределялись по мембране равномерно, а собирались в кластеры.

Чтобы обеспечить движение «клетки», в нее вносили фермент — глюкозооксидазу или уреазу — и помещали ее в специально спроецированный канал между двумя резервуарами, один из которых был заполнен натрий-фосфатным буфером, а другой — раствором субстрата для фермента. Субстрат из раствора попадал внутрь везикулы через поры, преобразовывался там ферментом, а продукты через те же поры выводились наружу. Таким образом в месте расположения пор формировался градиент концентраций субстрата и продукта, который приводил к движению жидкости, направляющему «клетку» в сторону большей концентрации субстрата.

Авторы протестировали в канале как пустые везикулы с порами и без, так и везикулы, несущие фермент, тоже с порами и без. Направленное движение везикул в сторону субстрата (с учетом всех остальных движений жидкости, возникающих из-за градиента концентраций) наблюдалось только для «клеток» с ферментом и порами. При этом клетки, несущие уреазу, двигались значительно активнее, что можно объяснить меньшей производительностью глюкозооксидазы.

Таким образом, исследователи в минималистичной модели воспроизвели одну из основополагающих способностей живых клеток — хемотаксис. Авторы считают, что дальнейшие работы с моделью помогут лучше понять детали ряда клеточных процессов, включая везикулярный транспорт.

Искусственные клетки превращают тепло в химический сигнал