Логин
Пароль

Искусственные клетки освоили механизм активного транспорта

ГлавнаяПубликации → Искусственные клетки освоили механизм активного транспорта

13 сентября 2021
113

Природа – это невероятно искусный творец: большинство ее шедевров до сих пор не удалось воссоздать в условиях лаборатории, несмотря на высокий уровень развития науки. Наглядным примером может служить клетка живого организма. При своих микроскопических размерах она представляет собой целостную, хорошо организованную структуру с множеством функций, которые на протяжении долгих лет пытаются воспроизвести ученые.

Большого успеха в этом направлении достигли сотрудники Нью-Йоркского университета и университета Чикаго (США). Они создали искусственную клетку, наделенную фундаментальной функцией всех живых организмов - способностью извлекать энергию из окружающей среды, расщепляя необходимые молекулы, и выводить продукты расщепления наружу.

Как известно, от внешней среды клетку отделяет тонкая, но прочная оболочка – цитоплазматическая мембрана. Она пропускает вещества из области высокой концентрации в область низкой, подчиняясь закону осмоса, и избирательно поглощает молекулы или ионы, используя транспортные каналы (ионные насосы).

Транспортные каналы представляют собой своеобразные тоннели, или порты, приспособленные для проведения определенных веществ – например, аминокислот и глюкозы. Концентрация вещества при этом не имеет значения, поскольку работа канала идет с затратой энергии в виде АТФ, которой его снабжают энергетические подстанции клетки – митохондрии.

Воссоздавая структуру живой клетки, ученые сравнительно легко скопировали ее мембрану, но не смогли создать работающий транспортный канал. Впервые опыт его создания был описан в журнале «Природа». Изготовив клеточные структуры с использованием минимального количества полимерных ингредиентов, и не заимствуя никаких биологических материалов, авторы эксперимента сконструировали мембрану сферической формы размером с эритроцит. В ней было пробито микроскопическое отверстие – аналог транспортного наноканала, через который искусственная клетка могла бы обмениваться веществами с внешней средой.

Однако для выполнения задач, возложенных на транспортные каналы, искусственной клетке понадобился механизм, позволяющий втягивать и выталкивать химические соединения, а также аналог энергетической станции (митохондрии), поставляющий энергию для работы насоса. Поэтому исследователи внедрили внутрь искусственного транспортного канала химически активный компонент, приходящий в действие при контакте со светом.

Теперь, когда свет попадает на насос, его частички - фотоны – запускают химическую реакцию внутри искусственного транспортного канала, в результате чего он превращается в крошечный вакуумный насос и втягивает нужное вещество внутрь клетки через мембрану. Когда химическая реакция внутри канала прекращается, он выталкивает отработанное вещество наружу.

Таким образом, впервые в истории науки были созданы имитаторы живых клеток, способные работать автономно и выполнять активные транспортные задачи. Их протестировали в различных условиях: погрузили в воду и пронаблюдали, как искусственные клетки поглощают компоненты водной среды, работая наподобие фильтров, и разместили рядом с колонией бактерий кишечной палочки, настроив имитаторов на поглощение и уничтожение болезнетворного микроорганизма.

Предполагается также, что искусственные клетки могут стать востребованными в фармацевтической промышленности, за счет их способности поглотить нужное вещество и в определенный момент вытолкнуть его наружу. Этот механизм представляется перспективным в плане целенаправленной доставки лекарственных средств. 

113
Порекомендуйте статью:
Комментарии (0):
Написать комментарий
Для того чтобы оставить комментарий необходимо зарегистрироваться
Помогите нам точнее определить ваше местоположение. Укажите в каком населенном пункте вы находитесь.