Помимо фундаментальной научной ценности, успех создания самодвижущихся искусственных клеток также открывает множество потенциальных применений в биомедицине и строительстве. Фото: AI
В работе, опубликованной в журнале Science, группа ученых из Институт биотехнологии Каталонии (IBEC) , Университет Барселоны, Университетский колледж Лондона, Ливерпульский университет, Институт биофизики и Научный фонд Икербаск утверждают, что искусственная клетка представляет собой одну из самых простых структур, когда-либо созданных: она состоит только из липидной мембраны, фермента и поры. При этом она способна ориентироваться и двигаться, основываясь на химических реакциях, подобно тому, как сперматозоиды находят яйцеклетки, а лейкоциты – признаки инфекции.
Это явление называется хемотаксисом – способностью двигаться в зависимости от концентрации химических веществ, что является важным навыком выживания в биологическом мире . Особенность этой искусственной клетки заключается в том, что ей не нужны сложные структуры, такие как жгутики или рецепторы.
«Мы воссоздали всю эту мобильность, используя всего три элемента: мембрану, фермент и ядерную пору. Без лишних хлопот. А затем проявились скрытые правила жизни», — рассказал профессор Джузеппе Батталья (IBEC).
Искусственные клетки состоят из липосом — жировых пузырьков, имитирующих настоящие клеточные мембраны. При помещении липосом в среду с градиентом концентрации глюкозы или мочевины ферменты внутри липосом реагируют с этими молекулами, создавая разницу концентраций.
Этот дисбаланс создаёт микроскопический поток на поверхности клетки, подталкивая её к стороне с более высокой концентрацией. Поры мембраны действуют как управляемый «шлюз», создавая асимметрию, необходимую для создания тяги, подобно тому, как лодка движется под действием потока воды.
В своих экспериментах группа исследовала более 10 000 искусственных клеток в микрофлюидных каналах в условиях строго контролируемого градиента. Результаты показали, что клетки с большим количеством ядерных пор двигались более энергично в направлении хемотаксиса; клетки без пор двигались лишь пассивно, возможно, за счёт простой диффузии.
В природе подвижность — важнейшая стратегия выживания, которая помогает живым клеткам находить питательные вещества, избегать токсинов и координировать свой рост. Точное моделирование этого явления с использованием всего трёх минимальных компонентов приблизило учёных к пониманию того, как жизнь могла начать двигаться на ранних этапах своей эволюции.
Помимо фундаментальной научной ценности, исследование также открывает множество потенциальных возможностей применения в биомедицине и строительстве. Например, искусственные клетки могут быть разработаны для доставки лекарств к месту повреждения в организме, обнаружения химических изменений в микросреде или создания программируемых самоорганизующихся систем в строительной отрасли.
Поскольку эти клеточные компоненты повсеместно распространены в биологии, их можно масштабировать или адаптировать для создания мягких биомиметических микророботов, которым не требуются металлические каркасы или электронные схемы.
«Внимательно посмотрите на движущуюся искусственную клетку. Внутри неё кроется секрет: как клетка шепчет, как она переносит жизненно важные вещества. Но естественная биология слишком шумная, слишком подробная. Поэтому мы немного «жульничаем». И тогда всё становится упорядоченным, прекрасным, чистой химической музыкой», — сравнил профессор Батталья.
Источник: https://tuoitre.vn/lan-dau-tien-tao-ra-te-bao-nhan-tao-tu-di-chuyen-20250727080301666.htm
Комментарий (0)