Создание функциональных синтетических клеток "снизу вверх" - это постоянная работа ученых по всему миру. Их использование для изучения клеточных механизмов в строго контролируемых и заранее определенных условиях создает большую ценность для понимания природы, а также для разработки новых терапевтических подходов. Ученые из 2-го физического института Штутгартского университета и коллеги из Института медицинских исследований Макса Планка теперь смогли сделать следующий шаг в направлении синтетических клеток.

Они ввели функциональные цитоскелеты на основе ДНК в компартменты размером с клетку. Цитоскелеты являются важными компонентами каждой клетки, которые контролируют их форму, внутреннюю организацию и другие жизненно важные функции, такие как транспорт молекул между различными частями клетки. После включения цитоскелетов в синтетические капли исследователи также продемонстрировали функциональность, включая транспортировку молекул или сборку и разборку при определенных триггерах. Результаты были недавно опубликованы в журнале Nature Chemistry.

Цитоскелет является важнейшим компонентом каждой клетки, и он состоит из различных белков. Помимо основной функции придания клетке ее формы, он необходим для многих клеточных процессов, таких как деление клеток, внутриклеточный транспорт различных молекул и подвижность в ответ на внешнюю сигнализацию. Из-за его важности в естественных системах возможность имитировать его функциональность в искусственной установке является важным шагом на пути к созданию и проектированию синтетической ячейки. Однако он сталкивается со многими проблемами из-за своих разнообразных требований, включая стабильность, а также быструю адаптивность и реакцию на триггеры.

Исследователи в области синтетической биологии ранее использовали ДНК-нанотехнологии для воссоздания клеточных компонентов, таких как имитаторы ионных каналов на основе ДНК или межклеточные линкеры. Для этого они используют тот факт, что ДНК может быть запрограммирована или сконструирована для самосборки в заранее запланированную форму путем комплементарного спаривания оснований.

"Синтетические структуры ДНК могут обеспечивать выполнение высокоспецифичных и запрограммированных задач, а также универсальные возможности проектирования, выходящие за рамки того, что доступно с помощью биологически определенных инструментов. В частности, структурная организация структур ДНК может отличаться от их естественных аналогов, даже, возможно, опережая функциональные возможности естественных систем", - говорит Лаура На Лю, профессор 2-го физического института Штутгартского университета.

Кроме того, исследователи Пол Ротемунд, Элиза Франко и Ребекка Шульман уже добились успеха в сборке ДНК в нити микронного масштаба, которые составляют основу построения цитоскелета. С тех пор эти нити были оснащены различными функциями, такими как сборка и разборка при внешней стимуляции или внутри отсека. Ученые из Штутгартского университета и Института медицинских исследований MPI сделали следующий шаг к созданию искусственной клетки, используя нити в качестве синтетического цитоскелета и придавая им разнообразную функциональность.

"Интересно, что мы также можем запускать сборку цитоскелета ДНК с помощью АТФ — одной и той же молекулы, которую клетки используют для питания различных механизмов", - говорит Керстин Гепфрич, руководитель исследовательской группы Макса Планка в MPI для медицинских исследований.

Более того, команда ученых смогла индуцировать транспортировку пузырьков по нитям, используя механизм сожженного моста, введенный Халидом Салаитой. Это имитирует транспорт везикул вдоль частей естественного цитоскелета в клетках, называемых микротрубочками. "По сравнению с транспортом в живых клетках, транспорт по нитям нашей ДНК все еще медленный. Приправить его будет непросто в будущем", - говорит Кевин Янке, первый автор статьи и постдок в группе Керстин Гепфрич в MPIMR.

Пэнфэй Чжан, постдок в группе, возглавляемой проф. Лаура На Лю из Штутгарта добавляет: "Также было непросто точно настроить энергетические ландшафты возможностей сборки и разборки нитей ДНК-наноструктуры". В будущем еще большая функционализация нитей ДНК будет иметь решающее значение для еще лучшей имитации естественных клеток. Таким образом, исследователи могли бы создавать синтетические клетки для более детального изучения клеточных механизмов или разработки новых терапевтических подходов.

ИСТОЧНИК