Учёные создали синтетические клеточные мембраны с метаболизмом

Создание абиотической сети фосфолипидного метаболизма. Автор: Nature Chemistry (2025). DOI: 10.1038/s41557-025-01829-5

Один из величайших вопросов науки — как неорганическая материя превратилась в органическую, а неживое стало живым. Чтобы приблизиться к разгадке, учёные создают синтетические клетки, имитирующие живые. Новое исследование Калифорнийского университета в Сан-Диего сделало важный шаг в этом направлении, разработав систему, которая не только формирует клеточные мембраны, но и включает метаболическую активность.

Хотя единого определения жизни не существует, биологи выделяют три ключевых элемента:

• компартментализация — барьер, отделяющий внутреннюю среду клетки от внешней;
• метаболизм — процессы синтеза и распада молекул;
• селекция — преимущественное накопление определённых молекул.

Ранее исследования фокусировались на компартментализации, но не на метаболизме. Однако именно циклы синтеза и распада молекул позволяют клеткам реагировать на среду, размножаться и эволюционировать.

В статье, опубликованной в Nature Chemistry, команда под руководством Нила Девараджа описала абиотическую систему, где липиды не только образуют мембраны, но и метаболизируют их. Это важно для понимания, как жизнь могла возникнуть на доисторической Земле, где существовала только неживая материя.

«Клетки без метаболической сети застывают — они не могут перестраиваться, расти или делиться», — пояснил Деварадж, заведующий кафедрой химии и биохимии. «Мы хотим понять, мог ли метаболизм возникать в простых химических системах до появления сложной биологии».

Липиды — жироподобные соединения, играющие ключевую роль в клеточных функциях. В живых клетках липидные мембраны динамичны и способны к ремоделированию. Учёные создали химический цикл, где под действием «топлива» жирные кислоты соединяются с лизофосфолипидами, образуя фосфолипиды, которые спонтанно формируют мембраны. Без топлива система возвращается к исходным компонентам, и цикл повторяется.

«Мы пытаемся ответить на фундаментальный вопрос: каковы минимальные системы, обладающие свойствами жизни?» — сказал Алессандро Фракасси, ведущий автор исследования.

Следующая цель — добавление новых слоёв сложности, чтобы приблизиться к системам с бóльшим числом свойств, ассоциируемых с жизнью. Помимо прорыва в понимании происхождения жизни, искусственные клетки могут найти применение в доставке лекарств, биотехнологиях и экологии.

«Реальные применения появятся через 10–20 лет, но работать надо уже сейчас — нам ещё так много предстоит узнать», — отметил Деварадж.

Дополнительная информация: Alessandro Fracassi et al, Abiotic lipid metabolism enables membrane plasticity in artificial cells, Nature Chemistry (2025). DOI: 10.1038/s41557-025-01829-5

Источник: University of California - San Diego