Клетка без ДНК которая живёт

В 2016 году команда Крейга Вентера из института J. Craig Venter Institute создала живую клетку с самым маленьким геномом в истории. Назвали её JCVI-syn3.0. Геном содержит 473 гена — абсолютный минимум для поддержания жизни. Для сравнения: у бактерии кишечной палочки 4300 генов, у человека 20 000. Клетка syn3.0 может делиться, производить энергию, синтезировать белки. Она жива. Но вот загадка: из 473 генов функции 149 полностью неизвестны. Треть генома делает что-то критичное для жизни, и учёные понятия не имеют что именно.

Проект начался с вопроса: какой минимум информации нужен для жизни? Взяли простейшую бактерию Mycoplasma mycoides — паразит с геномом в 901 ген. Начали вырезать гены по одному, проверяя, выживет ли клетка. Удалили ген — клетка жива, значит этот ген не критичен. Удалили ещё один — умерла, значит ген вернули обратно. Метод тупой, но единственный работающий. Через 20 лет работы дошли до 473 генов. Дальше резать невозможно — клетка перестаёт делиться.

Получившийся организм назвали синтетической жизнью. Геном спроектировали на компьютере, синтезировали химически в лаборатории, вставили в пустую клеточную оболочку. Когда клетка начала делиться, команда открыла шампанское. Это была первая форма жизни, чьё существование полностью определено человеком. Каждый ген выбран, каждая функция задокументирована. Почти каждая.

149 генов с неизвестной функцией стали главной загадкой. Они необходимы — без них клетка умирает. Но что они делают? Анализ последовательностей ничего не дал. Эти гены не похожи ни на что известное в базах данных. Нет гомологов в других организмах. Нет подсказок из структуры белков, которые они кодируют. Учёные назвали их «генами биологической тёмной материи».

Одна гипотеза: эти гены выполняют фундаментальные функции, настолько базовые, что мы о них просто не думали. Возможно, они регулируют пространственную организацию клетки — как молекулы распределяются, где происходят реакции. Возможно, они управляют временными аспектами — когда включать процессы, в каком порядке. Функции, которые настолько встроены в саму суть жизни, что мы их не выделяем как отдельные задачи.

Вторая гипотеза: эти гены — реликты древнейшей жизни. Последний универсальный общий предок (LUCA) жил 3.5 миллиарда лет назад. Эти 149 генов могут быть наследством того времени, когда жизнь работала иначе. Молекулярные машины, которые с тех пор эволюционировали во всех остальных организмах, но у минималистичной syn3.0 остались в первозданном виде. Мы смотрим на механизмы жизни эпохи архея.

Третья версия самая тревожная: мы просто не понимаем, что такое жизнь на фундаментальном уровне. У нас есть список функций: репликация ДНК, синтез белков, производство энергии, построение мембраны. Мы думали, этого достаточно. Но 149 генов говорят: есть ещё что-то. Какие-то процессы, без которых даже минимальная жизнь невозможна, но которые мы ещё не концептуализировали.

Команда Вентера пытается расшифровать функции методом грубой силы: вставляют каждый неизвестный ген в другие бактерии, смотрят, что изменится. Пока результаты противоречивы. Один ген вроде влияет на форму клетки. Другой — на скорость деления. Третий вообще ничего видимого не меняет, но без него клетка через 10 поколений начинает мутировать и умирает. Причинно-следственные связи ускользают.

В 2019 году опубликовали наблюдение: syn3.0 делится странно. Нормальные бактерии делятся ровно пополам. Syn3.0 иногда делится на неравные части. Иногда образует нитевидные структуры. Иногда клетки слипаются. Контроль клеточного цикла нарушен. Возможно, некоторые из 149 неизвестных генов отвечают за геометрию деления — и мы видим последствия того, что урезали геном слишком сильно.

Философский вопрос: можем ли мы называть клетку живой, если не понимаем треть её генома? Она размножается, потребляет энергию, реагирует на среду — все критерии жизни выполнены. Но мы создатели, которые не знают, как работает треть своего творения. Как если бы построил машину, которая едет, но треть механизмов внутри для тебя чёрный ящик.

Вентер сказал в интервью: «Мы думали, создадим минимальную жизнь и полностью её поймём. Вместо этого мы создали минимальную жизнь и обнаружили пропасть в нашем понимании. Эти 149 генов — список нашего невежества. Каждый из них — открытый вопрос о природе жизни».

Syn3.0 сейчас используют как платформу для экспериментов. Добавляют гены, которые производят лекарства, биотопливо, полимеры. Минимальная клетка как шасси для биотехнологий. Но тень 149 неизвестных генов напоминает: даже создав жизнь с нуля, мы всё ещё не знаем, что такое жизнь до конца. И возможно, это знание лежит именно там — в генах биологической тёмной материи, которые молчат на всех известных языках науки.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: