Симуляция обучена всем процессам, которые протекают в живой клетке, однако в геноме модели нет «мусорных», некодирующих участков и разных специализаций. Эта компьютерная модель станет нулевой точкой отсчета для изучения того, как на клетке отражаются различные изменения генома, погружение ее в те или иные условия и др.
Результаты испытания модели были опубликованы в журнале Cell, о них кратко сообщили в Университете Иллинойса.
Ученые назвали свою модель «минимальной клеткой».
«Что нового здесь, так это то, что мы разработали трехмерную, полностью динамическую кинетическую модель живой минимальной клетки, которая имитирует то, что происходит в реальной клетке. Эта модель и другие, более сложные, помогут нам лучше понять фундаментальные принципы жизни», — говорит Зайда Люти-Шультен, профессор химии из Университета Иллинойса.
Модель отображает точное местоположение и химические характеристики тысяч клеточных компонентов в атомном масштабе. Она отслеживает, сколько времени требуется этим молекулам для диффузии через клетку и встречи друг с другом, какие химические реакции при этом происходят и сколько энергии требуется для каждого шага.
Чтобы построить минимальную клетку, ученые обратились к простейшим живым клеткам — микоплазмам, роду бактерий, паразитирующих на других организмах. Команда ученых в симуляции добавила к микоплазмам несколько генов, чтобы повысить жизнеспособность клетки.
По словам Люти-Шультен, моделирование чего-то столь огромного и сложного, как живая клетка, опирается на десятилетия исследований. Например, модель показала, что клетка использовала большую часть своей энергии для переноса необходимых ионов и молекул через клеточную мембрану.
Моделирование также позволило рассчитать естественную продолжительность жизни информационных РНК — генетических матриц для построения белков. Исследователи также выявили взаимосвязь между скоростью синтеза разных белков и изменениями площади поверхности мембраны и объема клетки.
«Мы смоделировали все химические реакции внутри минимальной клетки — от ее рождения до момента ее деления через два часа. Отсюда мы получаем модель, которая рассказывает нам о том, как ведет себя максимально простая клетка и как мы можем ее усложнить, чтобы изменить ее поведение», — сказал аспирант Зейн Торнберг.