Собрать живую клетку из неживых компонентов — одна из самых амбициозных задач в современной биологии. За последние десятилетия в Европе и США были достигнуты успехи в создании отдельных функциональных модулей (например, искусственных мембран или минимальных геномов), но их интеграция в полностью функциональную, самовоспроизводящуюся систему в пространстве и времени остается нерешенной. Новая азиатская инициатива предлагает системный подход.
В рамках программы SynCell Asia исследователи должны будут достичь четырех фундаментальных целей: метаболической непрерывности — клетка должна постоянно получать энергию и строительные блоки; автономии рибосом — синтез белков должен происходить внутри синтетической клетки, а не за счет внешних экстрактов; модульной структуры — как проектировать части так, чтобы они стыковались друг с другом; и пространственно-временной координации — все процессы (деление, транскрипция, синтез АТФ) должны быть синхронизированы.
Для ускорения работы стандартизированные синтетические клеточные шасси и реагенты готовятся централизованно и рассылаются в лаборатории-участницы проекта, сообщает Phys. Там они проходят цикл «дизайн-построение-тестирование-обучение» (DBTL). Автоматизированные платформы будут собирать данные на уровне одной клетки — геном, транскриптом, протеом, метаболом и количественные изображения — которые послужат для обучения моделей ИИ.
10-летняя инициатива состоит из двух этапов.
Цель первого (ProtoCell, 1–5 лет) — создать стабильный фосфолипидный везикул с минимальным геномом (более 200 генов), причем не менее 90% белков синтезируется собственной системой транскрипции-трансляции. Должен осуществляться эндогенный синтез ключевых метаболитов. Также будет разработан «цифровой двойник» синтетической клетки для моделирования деления.
Цель второго этапа (AutoCell, 6–10 лет) — перейти к эндогенной, кодируемой в геноме регенерации рибосом, то есть, заменить внешнюю бесклеточную систему экспрессии на собственный синтез белка. AutoCell должна совершить более десяти непрерывных скоординированных циклов роста-деления, эволюционировать под давлением отбора и формировать синтетические клеточные сообщества с разными функциями и обменом веществ.
Если программу ждет успех, то к 2035 году мы получим не просто набор молекул, а настоящую искусственную клетку, способную к эволюции. Это изменит биотехнологию так же, как появление программируемых компьютеров изменило вычисления.
Инициатива SynCell Asia опирается на технологические преимущества стран региона: Япония сильна в роботизированной автоматизации и микрофлюидике, Китай — в синтезе генов и геномном редактировании, Южная Корея и Сингапур — в биоинформатике и визуализации, Таиланд и Малайзия — в биопроизводстве. Вместе они создают трансграничную коллаборацию с общей инфраструктурой и открытыми стандартами, которая превращает разрозненные попытки создания синтетической клетки в системный, стандартизированный процесс.
Недавно исследователи из Azalea Therapeutics впервые показали, что генетически модифицированные CAR T-клетки можно создавать внутри организма приматов одной внутривенной инъекцией. Новая технология позволит отказаться от многоэтапной схемы подготовки лечения, а также сделать терапию более экономически доступной.
