Граница между искусственными и живыми материалами становится все более размытой благодаря новому прорыву в синтетической биологии. Исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл создали синтетические клетки, которые ведут себя как живые клетки, но с некоторыми особенностями. Их можно перепрограммировать для выполнения множества функций и работы в условиях, непосильных для естественных клеток. Секрет? Самособирающиеся синтетические цитоскелеты, построенные из ДНК и белков.
ДНК как строительный материал
В естественных клетках цитоскелет обеспечивает структуру и стабильность, защищая другие клеточные компоненты. В зависимости от типа клеток этот цитоскелет может быть более или менее гибким и по-разному реагировать на окружающую среду, придавая клеткам их специализированные способности.
Но ДНК обычно не является частью цитоскелета. Исследователям пришлось перепрограммировать последовательности ДНК, чтобы они действовали как архитектурный материал, связывая пептиды вместе. «Мы перепрограммировали последовательности ДНК, чтобы они действовали как архитектурный материал, связывая пептиды вместе», — объясняет он. Ронит Фриман, ведущий автор исследования что я ссылаюсь на вас здесь.
Как только этот запрограммированный материал был помещен в каплю воды, структуры приобрели форму.
Многофункциональные синтетические клетки
Как уже упоминалось, способность программировать ДНК на самосборку различными способами позволила исследователям создавать синтетические клетки с различными функциями. И они не привязаны к одной цели: изменяя температуру раствора, можно запускать разные конфигурации. По словам команды, комбинируя различные пептиды или последовательности ДНК, можно получить программируемые ткани в более крупных масштабах.
Хотя эти синтетические клетки не так сложны, как живые клетки, ими легче манипулировать, и они могут функционировать в условиях, которым не могут противостоять естественные клетки.
Синтетические клетки были стабильны даже при 50°C, что открывало возможность создания клеток с исключительными возможностями в средах, обычно непригодных для жизни человека.
Ронит Фриман, Университет Северной Каролины
На пути к новым рубежам медицины
В сочетании с другими технологиями синтетических ячеек эти программируемые ячейки могут найти применение в самых разных областях, от регенеративная медицина в системы доставки лекарств с помощью диагностических инструментов.
Представьте себе, например, синтетические клетки, предназначенные для восстановления поврежденных тканей, способные адаптироваться к местным условиям и выполнять множество задач — от стимуляции роста клеток до подавления воспаления. Или, опять же, искусственные клетки, нагруженные лекарствами, способные достигать определенных участков тела и высвобождать свой «груз» контролируемым и целенаправленным образом.
Опять же: заводы по производству синтетических клеток, способные производить химические соединения или материалы по индивидуальному заказу, или искусственные клетки, предназначенные для очистки воды или воздуха от загрязнений. Синтетические ткани, способные к самовосстановлению или адаптации к внешним раздражителям. Список можно продолжать и продолжать.
Синтетические клетки: шаг вперед в биологии
Это исследование представляет собой значительный прорыв в области синтетической биологии — дисциплины, целью которой является создание искусственных биологических систем с новыми или улучшенными возможностями по сравнению с естественными.
До сих пор большая часть усилий в этой области была сосредоточена на создании синтетических генетических цепей внутри живых клеток, перепрограммировании их ДНК для выполнения желаемых функций. Но подход Фримена и его коллег идет дальше: они создают с нуля полностью синтетические клетки с самособирающимся цитоскелетом, который можно программировать по своему желанию.
Конечно, мы еще далеки от этих футуристических сценариев. Синтетические клетки, созданные Фрименом и его коллегами, все еще относительно просты по сравнению со своими природными аналогами, и еще предстоит проделать большую работу по увеличению их сложности и возможностей. Однако это исследование закладывает основу для будущего, в котором граница между органическим и синтетическим становится все более размытой. Будущее, в котором синтетические клетки будут работать наряду с природными или даже превосходить их, открывая путь к технологиям и приложениям, которые раньше были немыслимы.
