Новый уровень биохакинга: сконструированы искусственные клетки с ДНК-пептидными цитоскелетами

В отличие от ригидного скелета человека, скелеты отдельных клеток нашего организма – цитоскелеты – изменчивы. И когда эти цитоскелеты реорганизуются, они не просто поддерживают форму клетки, но позволяют выполнять ей различные функции.

Ученые, специализирующиеся на создании искусственных клеток, надеются сконструировать синтетические цитоскелеты, полностью имитирующие поведения естественных.

Синтетические цитоскелеты состоят из таких строительных блоков, как полимеры, малые молекулы, углеродные нанотрубки, пептиды и нанонити ДНК – в основном последние. При этом нанонити ДНК трудно настроить, и для решения этой проблемы ученые из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл (UNC Chapel Hill) применили ДНК-пептидные нанотехнологии.

Свои достижения они описали в статье под названием «Дизайн ДНК-пептидных цитоскелетов, регулирующих функцию синтетических клеток», опубликованной в Nature Chemistry.

Новая архитектура клетки

В публикации подчеркивается, что восходящая инженерия искусственных клеток требует «цитоскелета, который можно реконфигурировать, который может организовываться в разных местах и ​​динамически модулировать свои структурные и механические свойства». И, как уверены авторы, прогресс в этом направлении обеспечит подход пептид-ДНК.

«Вдохновившись связывающими белками актин, мы разработали сшиватели ДНК+пептид с переменной последовательностью, длиной, валентностью и геометрией… Нитевидные пептиды, соединенные с помощью гибридизации ДНК, образуют пучки с формой тактоида (сферическое или веретенообразное) с регулируемым соотношением сторон и механикой. При ограничении каплями типа «вода в масле» размером с клетку дискретные структуры вынуждены пространственно локализоваться в кортексе или просвете, в зависимости от атрибутов сшивающего агента, а степень его связывания настраивает подвижность внутрикапельного содержимого — от воднообразного к фиксированному», — объясняют разработчики. , а скорее их прототипов.

Абсолютно синтетические

Таким образом, лаборатория UNC Chapel Hill создала клетки с функциональными цитоскелетами, которые могут изменять форму и реагировать на окружение – и это удалось реализовать без использования природных белков.

Разработчики предлагают новую технологию, которая заставляет пептиды и перепрофилированный генетический материал взаимодействовать таким образом, чтобы формировать функциональные цитоскелеты, которые могут изменять форму и реагировать на окружающую среду.

«ДНК обычно не фигурирует в цитоскелете. Мы перепрограммировали последовательности ДНК так, чтобы они действовали как архитектурный материал, связывая вместе пептиды. Когда мы поместили этот запрограммированный материал в каплю воды, структуры приняли форму», — рассказали исследователи.

Способность программировать ДНК таким образом открывает возможность создания клеток, запрограммированных для выполнения определенных функций. Это даже позволит точно настраивать реакцию клетки на внешние стрессоры.

Апгрейд биологии

Хотя живые клетки сложнее синтетических, созданных лабораторией UNC Chapel Hill, они также более непредсказуемы и чувствительны к агрессивным средам, в т.ч. высокие температуры. Синтетические же клетки были стабильны даже при 50°C – а это доказывает потенциальную возможность для создания клеток с чрезвычайными свойствами, способными функционировать в средах, обычно непригодных для жизни.

«Это помогает нам понять, что творит жизнь. Технология синтетических клеток не только позволит нам воспроизводить то, что делает природа, но и создавать материалы, превосходящие биологию», – уверены авторы изобретения.