Изследователи от Университета на Северна Каролина в Чапъл Хил успешно са конструирали функционални изкуствени клетки в лабораторията с програмирана ДНК, които се държат като живи. Лабораторията на Freeman е конструирала клетки с функционални цитоскелети, използвайки нов подход, който заобикаля естествено срещащите се протеини.
Ронит Фрийман и нейният екип демонстрираха своя успех в манипулирането на ДНК и протеини, основните градивни елементи на живота, за създаване на изкуствени клетки, които много приличат на тези в човешкото тяло. Според Фрийман синтетичните клетки са били стабилни дори при температура от 50° C. Това отваря „възможността за производство на клетки с изключителни способности в среди, обикновено неподходящи за човешки живот“.
Вместо да създаваш материали, които ще издържат, Фрийман казвам, че техните материали са създадени за задача – изпълняват определена функция, след което се модифицират, за да изпълняват нова функция. Това постижение има значителни перспективи за развитието на регенеративната медицина, методите за доставяне на лекарства и диагностичните технологии. „Благодарение на това откритие можем да мислим за създадени тъкани или тъкани, които могат да бъдат чувствителни към промените в околната среда и да се държат динамично“, казва Фрийман.
Клетките и тъканите разчитат на протеини, за да изпълняват различни задачи и да изграждат жизненоважни структури. Една такава структура, цитоскелетът, служи като рамка за клетката, което й позволява да функционира правилно. Цитоскелетът е от решаващо значение за поддържане на формата на клетката и улесняване на реакциите към околната среда. Екипът създаде изкуствени клетки с функционални цитоскелети, използвайки нов подход, който заобикаля естествените протеини. Те са разработили усъвършенствана технология, наречена програмирана пептидна ДНК технология. Този метод организира сътрудничеството между пептидите, основните градивни елементи на протеините, и обработения генетичен материал за изграждане на цитоскелета. В резултат на това тези конструирани клетки могат да адаптират своята форма и да реагират на сигнали от околната среда, демонстрирайки забележителния потенциал на синтетичната биология.
„ДНК обикновено не се появява в цитоскелета. Ние препрограмирахме ДНК последователността, така че да действа като архитектурен материал, свързвайки пептидите заедно“, каза Фрийман. „След като този програмиран материал беше поставен в капка вода, структурите придобиха форма.“
Тази безпрецедентна способност за програмиране на ДНК дава на учените способността да създават клетки, пригодени за специфични цели и дори да регулират отговора на тези клетки на външни натоварвания. Въпреки че синтетичните клетки, създадени в лабораторията на Freeman, нямат сложността на живите клетки, те предлагат ниво на предвидимост и устойчивост на тежки условия като екстремни температури.
Вместо да се фокусира върху създаването на издръжливи материали, Фрийман подчертава адаптивността на тези клетки – те са предназначени да изпълняват определени функции и след това да се адаптират към нови задачи.
Чрез включване на различни пептидни или ДНК конструкции, тези материали могат да бъдат пригодени за програмиране на клетки в тъкани или тъкани. Такава гъвкавост отваря възможности за интеграция с други технологии за синтетични клетки, потенциално революционизиращи области като биотехнологиите и медицината.
„Това изследване ни помага да разберем от какво се състои животът“, казва Фрийман. „Тази синтетична клетъчна технология ще ни позволи не само да повторим това, което прави природата, но и да създадем материали, които са по-добри от биологичните.“
Прочетете също: