Искусственные клетки научили светиться в ответ на приток кальция



Ученые создали искусственные клетки, в которых выделяются флуоресцентные молекулы в ответ на повышение концентрации ионов кальция. За основу был взят реальный каскад биохимических реакций, но для использования в синтетических клетках его сделали короче, а компоненты взяли из разных биологических систем. Подходы, которые применили ученые, упростят создание новых искусственных клеток для различных целей. Об исследовании сообщает сайт колледжа.

В пресс-релизе на сайте Имперского колледжа утверждается, что научная статья вышла в Proceedings of the National Academy of Sciences, но на сайте этого журнала соответствующей публикации нет, а ссылка на нее не работает. Текст научной статьи находится на портале колледжа под эмбарго с неограниченным сроком действия. Можно запросить ее текст, однако на момент выхода новости на просьбу редакции выслать статью никто не откликнулся.

Множество процессов в клетках — синтез различных веществ, ответы на внешние и внутренние сигналы и так далее — проходят в несколько этапов. Нередко этапы одного процесса разделены в пространстве клетки мембранами. Кроме того, одни каскады реакций влияют на другие. Поэтому сделать так, чтобы искусственная клетка производила какое-нибудь конкретное вещество, довольно сложно: приходится учитывать огромное количество факторов.

Тем не менее, химики из Имперского колледжа Лондона под руководством Джеймса Хиндли (James Hindley) создали искусственную систему из мембран, которая, как и настоящие клетки, выделяет определенные вещества в ответ на некие стимулы.

Синтетическая клетка британских химиков многослойна. Она покрыта мембраной из липидов и включает в себя множество более мелких пузырьков (везикул) с аналогичными мембранами. Внутри них содержатся молекулы флуоресцентных веществ, а в их мембраны встроены механочувствительные каналы. В наружную мембрану искусственной клетки встроены каналы, способные пропускать ионы кальция. Кальций служит одним из главных переносчиков сигнала в биологических системах.

Читать ещё:  Обнаружен ген, который делает бактерии устойчивыми к сильнейшему антибиотику

В цитоплазме этой клетки находятся молекулы фосфолипазы A2 — фермента, который содержится в яде пчел и других животных. Он активируется ионами кальция и взаимодействует с механочувствительными каналами на мембранах везикул. Таким образом, когда на искусственную клетку снаружи действуют ионы кальция, ее мембрана пропускает их внутрь сквозь встроенные каналы. Повышение концентрации кальция внутри клетки запускает работу фосфолипазы. Она провоцирует открытие механочувствительных каналов в мембранах везикул, и по ним в цитоплазму выходит флуоресцентный агент. Его свечение меняет внешний вид клетки.

В реальных биологических системах каскады реакций, которые запускаются входом ионов кальция, гораздо сложнее. Простота устройства искусственной клетки позволила соединить в ней молекулы, которые в природе не встречаются друг с другом, и использовать их взаимодействие для достижения конкретной цели, не думая о многочисленных влияющих на нее факторах. В будущем подобные искусственные клетки с упрощенным метаболизмом можно будет применять для высвобождения различных веществ при попадании в четко заданные условия. Они могли бы, например, адресно доставлять противоопухолевые средства.

Искусственная клетка, по строению максимально близкая к природной, должна обладать геномом, чтобы самостоятельно синтезировать свои компоненты и делиться. Но он часто избыточен: в нем присутствуют участки ДНК, которые ничего не кодируют или, вероятно, делают что-то необязательное. Крейг Вентер и его сотрудники в 2010 году создали организм с минимальным геномом Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 и с тех пор совершенствуют его. В 2016 году они представили улучшенную версию — Mycoplasma mycoides JCV-syn3.0, из ДНК которой убрали еще некоторое количество генов. Весь его геном собрали из специально синтезированных компонентов. Тем не менее, даже у этого организма есть 149 генов, функции которых неизвестны.

Читать ещё:  Аналог ботокса сделали оружием против малярийных комаров

Светлана Ястребова



Оставить комментарий

avatar