Имитация природы в наномасштабе: селективный транспорт через биомиметическую нанопору

Исследователи из Делфтского технического университета и Базельского университета создали биомиметическую нанопору, которая служит уникальной платформой для тестирования и измерения способа проникновения белков в ядро клетки. В журнале Nature Nanotechnology они сообщают об искусственной нанопоре, функционализированной ключевыми белками, которая имитирует естественную ядерную пору. Тестируя транспорт отдельных белков через биомиметическую пору, они обнаружили, что большинство белков не могут пройти, но некоторые специфические белки действительно проходят. Это отличительная черта интригующей селективности, которая также наблюдается в естественных порах. Биомиметическая пора полностью функциональна и может использоваться в качестве испытательной платформы для исследований доставки лекарств в ядро клетки.

Ядерный поровый комплекс

«Клетки человека имеют ядро, и белки и РНК должны попадать внутрь и выходить наружу. Это регулируется маленькими отверстиями, называемыми ядерными поровыми комплексами. Это важнейшие биологические поры, которые действуют как привратники клеточного ядра. Они транспортируют белки и РНК в ядро и из него высокоселективным образом, что означает, что одни проходят, а другим проход блокируется. Существует много споров о том, как достигается эта интригующая селективность. Учитывая, что очень сложно проводить высокоточные измерения в сложной среде живой клетки, точный механизм трудно определить», — объясняет профессор Сес Деккер, директор Института нанонауки Кавли в Делфте и руководитель этого исследования.

В новом исследовании группы Деккера в сотрудничестве с группой доктора Родерика Лима из Базельского университета им удалось создать биомиметическую нанопору — синтетическую пору, имитирующую ядерную пору, — которая служит новой мощной платформой для мониторинга транспорта отдельных белков.

Биомиметическая нанопора

Деккер: «Один из многообещающих подходов к изучению этого ядерного транспорта — биомиметика, разработка синтетических систем, имитирующих биологические структуры и процессы. Достижения в нанотехнологиях теперь позволяют изучать и формировать материю в наномасштабе, открывая путь к имитации биологических структур на молекулярном уровне, чтобы как изучать, так и использовать их изобретательность». Группа доктора Родерика Лима в Базельском университете очистила белки ядерной поры, а группа Деккера создала из них биомиметические нанопоры, прикрепив эти белки к маленьким отверстиям в твердотельной подложке.

Селективность

Новое исследование, проведенное в основном ведущим автором Стефаном Ковальчиком, аспирантом лаборатории Деккера, демонстрирует, что возможно создать биомиметическую ядерную пору и отслеживать транспорт отдельных белков через нее. Важно, что биомиметическая пора демонстрирует сильную селективность, как и естественный ядерный поровый комплекс: белки ImpB проходят через поры, тогда как белки BSA — нет. Была обнаружена разная степень селективности в зависимости от того, какие именно белки ядерной поры использовались для функционализации поры. Исследователи показали, что биомиметическая пора полностью функциональна и может использоваться в качестве испытательной платформы для исследований доставки лекарств в ядро клетки.