_ Exploring life cel mai simplu: oamenii de știință creează o „membrană celulară minimă” cu doar două lipide

Lipidele, sau grăsimile, sunt esențiale pentru viață. Ele formează membranele din jurul celulelor, protejându-le de exterior. În natură, există o diversitate enormă de lipide, fiecare organism având propria sa combinație unică. Dar care sunt cerințele minime de lipide pentru ca o celulă să supraviețuiască?

O echipă de cercetare de la B CUBE – Centrul de Bioinginerie Moleculară de la Universitatea Tehnologică TUD Dresden a arătat că celulele pot funcționa cu doar două lipide. Ei au creat o celulă cu o membrană minimă, adaptabilă, oferind o platformă unică pentru a studia modul în care a evoluat complexitatea lipidelor și cum poate fi proiectată pentru viața sintetică. Descoperirile lor sunt publicate în Nature Communications.

Membranele sunt ca niște bule care încapsulează celulele și le separă de mediul înconjurător. Membranele servesc și ca platforme în care moleculele interacționează, coordonând procesele esențiale vieții.

„Există o diversitate enormă de lipide în natură și aproape fiecare organism are propriul său set de lipide, cunoscut sub numele de lipidom. Celulele umane. , de exemplu, folosesc sute de tipuri diferite de lipide”, spune dr. James Sáenz, liderul grupului de cercetare la B CUBE, care a condus studiu.

„Cu toate acestea, aceste amestecuri diferite de lipide, toate oferă soluții la aceleași provocări evolutive cheie: crearea unei bariere stabile și organizarea biomoleculelor în spațiu și timp. Vrem să înțelegem de ce au evoluat atât de multe lipide diferite. , de ce viața are nevoie de ele și cum pot fi folosite pentru a crea sisteme vii sintetice."

Pentru studiul lor, grupul a început cu mycoplasma mycoides, un patogen natural simplu. bacterie. Spre deosebire de majoritatea celulelor, micoplasma nu poate produce propriile lipide și trebuie să le folosească pe cele furnizate de gazda sa. Suplimentând în mod sistematic celulele cu diferite combinații de lipide, cercetătorii au restrâns combinația esențială necesară supraviețuirii și diviziunii.

Ei au descoperit că celulele pot supraviețui cu o „dietă” de doar două lipide: colesterol și altul. -numită lipide formatoare de două straturi, fosfatidilcolină.

„Aceste două lipide nu sunt neapărat singurele care ar putea susține viața”, spune Isaac. Justiție, doctoratul. studentul care a realizat proiectul. „Dar a avea atât o lipide care formează două straturi, care oferă structura de bază pentru membrana celulară, cât și o lipide care nu formează două straturi, cum ar fi colesterolul, care adaugă stabilitate, pare a fi o cerință fundamentală.”

„Ceea ce m-a surprins cel mai mult”, spune Justice, „a fost că aproximativ jumătate din celulele cu doar două lipide au apărut complet. Au fost rotunde și bine împărțite, în ciuda reducerii drastice a complexității lipidelor, au continuat să funcționeze surprinzător de bine.”

Ajungând la această combinație minimă de lipide. nu a fost o sarcină ușoară. Experimentele inițiale au arătat că Mycoplasma ar putea modifica majoritatea lipidelor cu care erau hrănite, transformându-le în noi tipuri.

„Când am furnizat colesterol și un fosfolipid comun cu două straturi, celulele au fost capabile să genereze aproximativ 30 de lipide diferite din ei”, explică dr. Sáenz. Pentru a controla compoziția minimă de lipide, echipa a furnizat celulelor lipide foarte asemănătoare, dar conectate cu un alt tip de legătură chimică pe care celulele nu au fost capabile să o descompună cu enzimele lor.

După ce a identificat dieta minimă de lipide. , cercetătorii l-au aplicat la o „celulă minimă” numită JVCI-Syn3A, care a fost proiectată la Institutul J. Craig Venter pentru a conține doar genele esențiale pentru supraviețuire. Acum, cu atât un genom minim, cât și un lipidom, această celulă oferă un nou instrument puternic pentru biologia sintetică.

Acest sistem celular minim oferă o platformă unică pentru a studia modul în care lipidele susțin viața. Folosind principiile biologiei sintetice de jos în sus, cercetătorii pot acum reintroduce diferite părți ale lipidomului într-un mod direcționat și pot explora modificările corespunzătoare ale funcției celulare.

„Puteți să vă gândiți la asta ca pe o inginerie inversă a evoluției. de complexitatea lipidelor nu recreăm neapărat lipidele care erau prezente în viața antică. Pur și simplu, nu știm care sunt acestea înapoi la membrană într-un mod sistematic, pas cu pas”, spune Justice.

„Descoperind cerințele minime de lipide pentru o celulă vie, avem acum o platformă experimentală pentru a înțelege de ce anumite structuri lipidice. au evoluat și cum susțin viața”, spune dr. Sáenz. „Aceste cunoștințe ne-ar putea ajuta într-o zi să proiectăm celule sintetice cu membrane la comandă pentru aplicații speciale în biotehnologie și medicină.”

(Fluierul)