РНК-оригами: создание искусственного цитоскелета для синтетических клеток

Ученые из Центра молекулярной биологии Гейдельбергского университета под руководством проф. Керстин Гёпфрих преодолели важное препятствие в создании искусственной клетки. Используя технику РНК-оригами, они создали нанотрубки, которые сворачиваются в структуры, подобные цитоскелету. Цитоскелет — ключевой структурный компонент клеток, обеспечивающий стабильность, форму и подвижность. Результаты работы опубликованы в Nature Nanotechnology.

Проблема синтеза белка

Главная сложность в конструировании синтетических клеток — производство белков, которые обеспечивают почти все биологические процессы. В живой клетке синтез белка происходит по центральной догме молекулярной биологии: ДНК транскрибируется в РНК, которая затем транслируется в функциональные белки, требующие правильного фолдинга. Этот процесс вовлекает более 150 генов.

Решение через РНК-оригами

Подход проф. Гёпфрих обходит сложный процесс синтеза белка. РНК-оригами использует способность РНК к самосворачиванию:

  1. Компьютерное проектирование ДНК-последовательности, кодирующей нужную форму РНК.
  2. Подбор подходящих РНК-мотивов и создание генетического шаблона.
  3. Синтез искусственного гена и использование РНК-полимеразы для производства соответствующего РНК-компонента.
  4. Правильное сворачивание РНК, обеспечиваемое специальными алгоритмами.

Результаты

С помощью этой техники удалось создать искусственный цитоскелет из РНК-микротрубок длиной в несколько микрон. Структура образует сеть, напоминающую естественную. Исследователи протестировали её в липидной везикуле — простой модельной системе клетки. Используя РНК-аптамеры, искусственный цитоскелет удалось привязать к клеточным мембранам. Целенаправленные мутации в ДНК-шаблоне позволили влиять на свойства РНК-скелета.

Преимущества и перспективы

«В отличие от ДНК-оригами, преимущество РНК-оригами в том, что синтетические клетки могут сами производить свои строительные блоки», — подчеркивает Керстин Гёпфрих. Это открывает новые перспективы для направленной эволюции таких клеток. Долгосрочная цель — создание полной молекулярной машинерии для РНК-основных синтетических клеток.