Створено першу саморухому штучну клітину

Перша штучна клітина може рухатися без життя, використовуючи лише три основні компоненти та закони хімії. Це відкриття відкриває нові напрямки в синтетичній біології та розшифровує, як рухається життя.

Окрім фундаментальної наукової цінності, успіх створення саморухомих штучних клітин також відкриває багато потенційних застосувань у біомедицині та будівництві – Фото: ШІ

У роботі, опублікованій у журналі Science, група вчених з Інститут біотехнології Каталонії (IBEC) , Університет Барселони, Університетський коледж Лондона, Ліверпульський університет, Інститут біофізики та Науковий фонд Ікербаск стверджують, що штучна клітина є однією з найпростіших структур, коли-небудь створених: вона складається лише з ліпідної мембрани, ферменту та пори. Проте вона має здатність орієнтуватися та рухатися на основі хімічних реакцій, подібно до того, як сперматозоїди знаходять яйцеклітини, або лейкоцити відстежують ознаки інфекції.

Це явище називається хемотаксисом, здатністю рухатися відповідно до хімічних концентрацій, що є важливою навичкою виживання в біологічному світі . Особливістю цієї штучної клітини є те, що їй не потрібні складні структури, такі як джгутики чи рецептори.

«Ми відтворили всю цю мобільність лише за допомогою трьох елементів: мембрани, ферменту та ядерної пори. Без зайвого клопоту. А потім з’явилися приховані правила життя», – поділився професор Джузеппе Батталья (IBEC).

Штучні клітини складаються з ліпосом, жирових бульбашок, що імітують справжні клітинні мембрани. Коли їх поміщають у середовище з градієнтом концентрації глюкози або сечовини, ферменти всередині ліпосом реагують з цими молекулами, створюючи різницю концентрацій.

Цей дисбаланс створює мікроскопічний потік по поверхні клітини, штовхаючи її в бік вищої концентрації. Пори мембрани діють як контрольований «шлюз», створюючи асиметрію, необхідну для створення тяги, подібно до того, як човен рухається потоком води.

У своїх експериментах команда дослідила понад 10 000 штучних клітин у мікрофлюїдних каналах за жорстко контрольованих градієнтних умов. Результати показали, що клітини з більшою кількістю ядерних пор рухалися енергійніше у напрямку хемотаксису; клітини без пор рухалися лише пасивно, можливо, шляхом простої дифузії.

У природі рухливість є життєво важливою стратегією виживання, яка допомагає живим клітинам знаходити поживні речовини, уникати токсинів та координувати свій ріст. Точне моделювання цього явища лише за допомогою трьох мінімальних компонентів наблизило вчених до розшифровки того, як життя могло почати рухатися на ранніх етапах своєї еволюції.

Окрім фундаментальної наукової цінності, дослідження також відкриває багато потенційних застосувань у біомедицині та будівництві. Наприклад, штучні клітини можна розробити для доставки ліків до потрібного місця пошкодження в організмі, виявлення хімічних змін у мікросередовищі або створення програмованих самоорганізованих систем у будівельній галузі.

Оскільки ці клітинні компоненти повсюдно поширені в біології, їх можна збільшити в розмірах або адаптувати для створення м'яких біоміметичних мікророботів, які не потребують металевих каркасів або електронних схем.

«Уважно подивіться на рух штучної клітини. Усередині неї криється секрет: як клітина шепоче, як вона транспортує життєво важливі речовини. Але природна біологія надто галаслива, надто деталізована. Тож ми трохи «шахраюємо». І тоді все стає обтічним, прекрасним, чистою хімічною музикою», – порівняв професор Батталья.

МІНЬ ХАЙ

Джерело: https://tuoitre.vn/lan-dau-tien-tao-ra-te-bao-nhan-tao-tu-di-chuyen-20250727080301666.htm