ДНК-наноботы, меняющие форму искусственных клеток, — новый инструмент синтетической биологии
Форма и морфология клетки играют ключевую роль в её биологической функции, что соответствует принципу «форма следует за функцией». Перенос этого принципа на искусственные клетки — сложная задача в синтетической биологии. Достижения в ДНК-нанотехнологиях предлагают новые решения, позволяя создавать транспортные каналы, достаточно большие для прохождения терапевтических белков через клеточные мембраны.
Профессор Лаура На Лю и её команда разработали инновационный инструмент для контроля формы и проницаемости липидных мембран в синтетических клетках. Эти мембраны, состоящие из липидных бислоев, служат упрощёнными моделями биологических мембран. Работа опубликована в Nature Materials.
Программируемое взаимодействие с помощью ДНК-наноботов
Исследователи использовали сигнал-зависимые ДНК-наноботы для программируемого взаимодействия с синтетическими клетками. Работа велась с гигантскими униламеллярными везикулами (GUVs) — простыми, клеточного размера структурами, имитирующими живые клетки.
«Эта работа — веха в применении ДНК-нанотехнологий для регуляции клеточного поведения», — говорит Лаура На Лю.
Новые транспортные каналы
Команда использовала структуры ДНК-оригами в качестве переконфигурируемых наноботов, способных обратимо менять свою форму и влиять на микрометровое окружение. Преобразование этих наноботов связано с деформацией GUVs и образованием синтетических каналов в их мембранах.
Эти каналы позволяют крупным молекулам проходить через мембрану и могут быть снова закрыты при необходимости.
«Это означает, что мы можем использовать ДНК-наноботы для проектирования формы и конфигурации GUVs, чтобы обеспечить образование транспортных каналов в мембране», — говорит соавтор работы профессор Стефан Нуссбергер.
Полностью искусственные структуры для биологических сред
«Крайне интересно, что функциональный механизм ДНК-наноботов на GUVs не имеет прямого биологического эквивалента в живых клетках», — отмечают авторы.
Работа поднимает вопрос: могут ли синтетические платформы, такие как ДНК-наноботы, быть спроектированы с меньшей сложностью, чем их биологические аналоги, но при этом функционировать в биологической среде?
Перспективы для терапии
Созданная система трансмембранных каналов позволяет эффективно доставлять определённые молекулы и вещества в клетки. Каналы достаточно велики и могут быть запрограммированы на закрытие.
Применение этой системы к живым клеткам может облегчить транспортировку терапевтических белков или ферментов к их мишеням внутри клетки, открывая новые возможности для доставки лекарств.
«Наш подход открывает новые возможности для имитации поведения живых клеток. Этот прогресс может быть решающим для будущих терапевтических стратегий», — говорит соавтор работы профессор Хао Ян.