Najłatwiejsza rzecz pod słońcem: przepis na sztuczną membranę komórkową

Pasjonaci biologii syntetycznej z pewnością się ucieszą: można odtworzyć kluczowy etap życia w ... kuchni. Albowiem, jak wynika z prac opublikowanych w Journal of the American Chemical Society, dwóm badaczom udała się właśnie synteza membrany złożonej z podwójnej warstwy fofolipiodowej. Dokonali tego dzięki wymieszaniu oleju, detergentu oraz miedzi.

Naukowcy ci mieli na celu zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za pojawienie się błon komórowych u źródła życia.

Intrygujące źródło życia

Wielu badaczy na całym świecie marzy o tym, iż to właśnie oni będą pierwszymi, którym uda się odtworzyć w całości żywą komórkę ze składników molekularnych. W 2007 roku, John Craig Venter zastąpił innym genomem całkowity genom mykoplazmy.

W 2010 roku, stwierdził, iż udało mu się odtworzyć pierwszą komórkę syntetyczną. To była oczywiście gruba przesada, ale naukowiec dzięki temu zaprezentował i tak zadziwiające rezultaty: udało mu się bowiem przeprowadzić syntezę genomu mykoplazmy (582 970 par baz). Wstrzyknięte do innego gatunku mykoplazmy, to DNA okazało się idealnie funkcjonalne.

Aby wyprodukować DNA, nie wystarczy komórka syntetyczna. Funkcjonalne jednostki życia składają się z wielu innych rzeczy. Błona plazmatyczna, na przykład, jest linią demarkacyjną między komórką a jej środowiskiem. Jest ona złożona głównie z fosfoglicerolipidów. Molekuły te mają tę szczególną cechę, iż ich „głowa” jest hydrofilna, a ich „ogon” jest hydrofobiczny.

W wodzie, łączą się one ze sobą spontanicznie, aby stworzyć podwóją warstwę: partie hydrofobiczne są więc w ten sposób odizolowane wewnątrz membrany, bez kontaktu z wodą.

Natura posługuję się enzymami osadzonymi w błonie, aby zjednoczyć łańcuchy lipidów hydrofobicznych w czasie syntezy fosfoglicerolipidów. Badanie nad tym mechanizmem pozwala raczej ciężko zrozumieć w jaki sposób powstały pierwsze ściany komórkowe.

A tym razem, dwóch badaczy, Neal Devaraj z uniwersytetu w Kalifornii, oraz Itay Budin z uniwersytetu w Harwardzie, spróbowali stworzyć molekuły zdolne do samogromadzenia się w membranę, bez prokursora biologicznego. A dokonali tego dzięki składnikom, które z łatwością możemy kupić w każdym hipermarkecie.

Olej oraz detergent zostały ze sobą wymieszne na łonie wodnistej emulsji: nie zaobserwowano żadnej reakcji. Następnie, badacze dodali do tej mikstury jony miedzi. I od tego momentu na powierzchni kropli oleju zaczęły pojawiać się pęcherzyki. A dwadzieścia cztery godziny później, olej zniknął, totalnie skonsumowany przez przez tworzącą się membranę syntetyczną.

Naukowcom tym więc udało się opracować nową reakcję, łączącą dwa łańcuchy lipidowe: jeden z oleju, drugi z detergentu, na łonie jednej molekuły amfipatycznej, czyli molekuły z jednym biegunem hydrofilnym i drugim biegunem hydrofobicznym.

Do tej reakcji był potrzebny również jon metaliczny, który posłużył z katalizator. Autorzy tego badania precyzują jeszcze, że reakcja, do której im się udało doprowadzić, jest całkowicie sztuczna. Nie ma ona żadnego ekwiwalentu biologicznego.

Celem była po prostu obserwacja w jaki sposób tworzy się błona komórkowa, a w końcowym efekcie, zrozumienie pojawienia się źródła życia.

Neal Devaraj i Itay Budin dodają jeszcze, że byli zaskoczeni z jaką łatwością i jak szybko udało im się przeprowadzić to doświadczenie. Ten typ badań pozwala również zdać sobie sprawę z tego, jakie braki mamy w wiedzy, aby udało nam się zrekonstruować komórkę syntetyczną.

Pozostaje jeszcze wiele pytań bez odpowiedzi, żeby naukowcy mogli z całą pewnością wyjaśnić, w jaki sposób materia nieożywiona dała początek życiu.