"Проект «МИНИМАЛЬНАЯ КЛЕТКА»:Эволюция от изучения к созданию"

Академик РАН Говорун Вадим Марокович, доклад на заседании Бюро Секции медико-биологических наук Отделения физиологических и медико-биологических наук РАН 16 сентября 2026 г.

Презентация PDF 

Cовременная наука переживает переход от системной биологии, ориентированной на описание существующих систем, к синтетической биологии, нацеленной на создание новых биологических систем с заданными свойствами. В докладе представлены результаты исследований, направленных на определение минимального набора компонентов, необходимых для жизни, и создание минимальной клетки — простейшей клеточной конструкции, обладающей свойствами самоподдержания, самовоспроизведения и эволюции. Ключевой вопрос работы: сколько и каких молекул действительно необходимо для жизни? На основе теории аутопоэза жизнь определяется как самоограниченная биохимическая сеть, способная реконструировать себя через собственные реакции.

Впервые систематизированы три подхода к созданию минимальной клетки: «сверху-вниз» (редукционистский, аналитический), «снизу-вверх» (конструкционистский, синтетический) и «медианный» (интегративный, системный). Показано, что удаление несущественных компонентов из изучаемой системы позволяет понять функцию каждой части, однако простое удаление генов неэффективно из-за синергетических эффектов (синтетическая летальность), невозможности учета некодирующих последовательностей и пространственной организации.

Представлены прорывные результаты по синтезу минимального бактериального генома: JCVI-syn1.0 (1,078,809 п.н.), JCVI-syn2.0 (576 т.п.н., 475 генов), JCVI-syn3.0 (531 т.п.н., 438 генов). Создание JCVI-syn1.0 заняло 15 лет и стоило более 40 млн долларов. Разработаны ключевые технологии: сборка Гибсона, клонирование генома в виде центромерной плазмиды дрожжей, трансплантация генома. Геном JCVI-syn3.0 меньше самого маленького известного природного генома независимо реплицирующейся бактерии. Созданы также JCVI-syn3A и JCVI-syn3B (543-544 т.п.н., 493 гена).

Освещены вопросы количественной эссенциальности генов на примере Mycoplasma gallisepticum и Mycoplasma pneumoniae. Показано, что транскриптом данных бактерий устойчив к геномным пертурбациям, некоторые гены, выглядящие эссенциальными, оказываются неэссенциальными (например, тРНК), а целостность регуляторных последовательностей не важна. Представлена классификация генов по количественной эссенциальности: E (эссенциальные, 255), F1 (квази-эссенциальные, 90), F2 (квази-неэссенциальные, 86), NE (неэссенциальные, 319).

Рассмотрены проблемы создания полностью искусственной клетки «снизу-вверх»: эффективность инкапсуляции, совместимость подсистем, самовоспроизведение, масштабирование. Обсуждены открытые вопросы: можно ли достичь самовоспроизведения без ферментов, какова минимальная липидная композиция мембраны, как связать генерацию метаболической энергии с репликацией и делением, могут ли протоклетки подвергаться дарвиновской эволюции.

Представлены результаты собственных исследований НИИ СБМ: реконструкция гликолиза M. gallisepticum in vitro, самоорганизация гликолитических комплексов на наночастицах (обнаружено более чем четырехкратное различие в максимальных скоростях продукции НАДН в зависимости от порядка и плотности нанесения ферментов), клонирование генома M. gallisepticum в клетках S. cerevisiae и разработка процедуры трансплантации аутологичных геномов. Показано, что адаптация к стрессу происходит через изменение объема клетки за счет отщепления «tip»- органеллы в виде везикул (уменьшение примерно в три раза) и перестройку комплексов с основными коровыми белками.

Особое внимание в докладе уделено новейшим достижениям 2026 года. В работе Gaut et al. (2026) впервые продемонстрирована полностью синтетическая минимальная клетка с геномом 90 т.п.н., которая проходит полный клеточный цикл, включая репликацию генома, рост, питание и генетически кодируемое деление, а также демонстрирует селекцию и конкуренцию за ресурсы. Это знаменует собой важнейший шаг к созданию искусственной жизни из неживых компонентов. Кроме того, в 2026 году в Китае был одобрен первый в мире лекарственный препарат, разработанный с помощью искусственного интеллекта — Mprosevir, для лечения COVID-19. Разработка заняла всего 3,5 года благодаря интеграции ИИ и скринингу ДНК-кодированных библиотек, что демонстрирует огромный потенциал ИИ для ускорения создания новых фармпрепаратов. Эти примеры показывают, что развитие технологий синтетической биологии и ИИ позволяет сокращать сроки многих процедур и повышать их результативность. Появляется возможность разрабатывать новые мишени для антибиотиков, предсказывать и создавать неоантигены, создавать биотехнологически новые фармпрепараты, изучать и реализовать новые принципы организации живых систем.

Продемонстрирована эффективность «омиксных» подходов (геномика, транскриптомика, протеомика, метаболомика) для поиска новых механизмов организации живой клетки и построения целостных моделей клетки. Результаты работ опубликованы в ведущих научных изданиях (более 55 публикаций по бактериям класса Mollicutes). Эти исследования являются пионерскими в области изучения организации живой клетки, что существенно продвигает исследователей в понимании, как необходимо создавать протоклетку искусственно.