През 1957 г. д-р Томас Мин Суи Чан (Thomas Ming Swi Chang) полага основите на днешното ни разбиране за изкуствените клетки. Неговото предложение въвежда концепцията за изкуствени клетки - клас синтетични структури, в които биологично активни компоненти са капсулирани в изкуствени мембрани.
За първи път учени успешно създават изкуствени клетки, които функционират като живи. Тези клетки притежават огромен потенциал, който има значение за диагностичните инструменти, системите за доставка на лекарства и регенеративната медицина, и предизвикват вълнение в научната общност.
Основи на клетъчната механика
Клетките и тъканите са изградени от протеини, които се обединяват, за да изпълняват задачи и да създават структури. Протеините са жизненоважни за формирането на структурата на клетката, наречена цитоскелет. Без тези структури клетките не биха могли да функционират. Цитоскелетът позволява на клетките да бъдат гъвкави по отношение на формата и реакцията им към околната среда.
Клетъчният цитоскелет се състои от йерархични и динамични полимери, които функционират като компоненти на клетките и задвижват ключови процеси като подвижност, клетъчно делене и морфогенеза. Пространствената организация на цитоскелетните компоненти в клетките и в контакт с мембраните определя тези функции.
Способността на цитоскелета да преминава между различни архитектури, вариращи от мрежи от нишки до подредени вретена, се влияе от много свързващи протеини. Тези протеини регулират удължаването, зараждането, прекъсването, разклоняването, свързването, затварянето и омрежването на филаментите, за да се оформят клетките.
Регулиране на функциите на синтетичните клетки
В новото изследване изследователят Ронит Фрийман (Ronit Freeman) от Университета на Северна Каролина в Чапъл Хил ръководи екип изследователи, които създават изкуствени клетки чрез манипулиране на ДНК и протеини. Подробностите за тяхното изследване са разгледани в статията "Дизайнерски пептид-ДНК цитоскелети регулират функциите на изкуствени клетки" (Designer peptide-DNA cytoskeletons regulate the function of synthetic cells).
Лабораторията на Фрийман е пионер в уникалния подход за създаване на клетки с функционални цитоскелети. Тези клетки могат да адаптират формата си и да реагират на околната среда - всичко това без използването на естествени протеини. Освен това екипът използва нова програмируема технология за пептиди и ДНК, за да насочи пептидите, градивните елементи на протеините, и пренасочения генетичен материал за формиране на цитоскелет.
ДНК обикновено не се появява в цитоскелета. В това изследване Фрийман и колегите му препрограмират ДНК последователности, така че те да действат като архитектурни материали, които изграждат съвместно пептиди. След като този програмиран материал е поставен в капка вода, структурите придобиват форма.
Изкуствените клетки, забележително стабилни дори при 50 градуса по Целзий, предлагат поглед към бъдещето на клетъчните технологии. Този пробив открива възможността за производство на клетки с необикновени способности в среди, които обикновено са неподходящи за човешкия живот. Възможността за програмиране на ДНК по този начин означава, че специалистите могат да създават клетки, които да изпълняват специфични функции, и да настройват фино реакцията на клетката към външни стресови фактори, което обещава нова граница в синтетичната биология.
Въпреки че живите клетки са по-сложни от синтетичните, създадени от лабораторията на Фрийман, те са и по-непредсказуеми и по-податливи на неблагоприятни условия, като например високи температури. С това откритие изследователите мислят за проектиране на материи или тъкани, които могат да бъдат чувствителни към промените в околната среда и да се държат по динамичен начин.
Вместо да се създават материали, направени за една и съща употреба, материалите, разработени от Фрийман и неговия екип, са направени да изпълняват определена функция и след това се модифицират, за да изпълняват нова функция. Тяхното приложение може да бъде персонализирано чрез добавяне на различни пептидни или ДНК дизайни за програмиране на клетките в материали като плат или тъкани. Тези нови материали могат да предизвикат революция в области като биотехнологиите и медицината, когато бъдат интегрирани с други технологии за изкуствени клетки.
Справка: Daly, M.L., Nishi, K., Klawa, S.J. et al. Designer peptide–DNA cytoskeletons regulate the function of synthetic cells. Nat. Chem. (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01509-w
Източник: Synthetic Cells Created Using Programmable Peptide-DNA Technology Act Like Living Ones With Capabilities for Biomedical Advancements, Conelisa N. Hubilla, ScienceТimes
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари