Отвъд биологията: Създаване на динамични синтетични клетки с програмируема ДНК

Отвъд биологията: Създаване на динамични синтетични клетки с програмируема ДНК

В ново проучване, публикувано вЕстествена химия, изследователят от UNC-Chapel Hill Ронит Фрийман и нейните колеги описват стъпките, които са предприели, за да манипулират ДНК и протеини -; основни градивни елементи на живота -; за създаване на клетки, които изглеждат и се държат като телесни клетки. Това постижение е първото в областта и има значение за усилията в регенеративната медицина, системите за доставяне на лекарства и диагностичните инструменти.

„С това откритие можем да си представим изграждането на материали или тъкани, които са чувствителни към промените в околната среда и могат да се държат динамично“, казва Фрийман, чиято лаборатория е в Департамента по приложни физически науки в Колежа по изкуства и науки на UNC.

Клетките и тъканите са изградени от протеини, които се събират, за да изпълняват задачи и да образуват структури. Протеините са от съществено значение за формирането на рамката на клетката, наречена цитоскелет. Без тях клетките не биха могли да функционират. Цитоскелетът позволява на клетките да бъдат гъвкави, както по своята форма, така и по отношение на реакцията си към околната среда.

Без да използва естествени протеини, лабораторията Freeman изгради клетки с функционални цитоскелети, които могат да променят формата си и да реагират на околната среда. За да направят това, те използваха нова програмируема пептид-ДНК технология, която кара пептидите, градивните елементи на протеините и преназначения генетичен материал да работят заедно, за да образуват цитоскелет.

ДНК обикновено не се намира в цитоскелета. Ние препрограмирахме ДНК последователности, за да действат като архитектурен материал, свързвайки пептидите заедно. След като този програмиран материал беше поставен в капка вода, структурите започнаха да се оформят.

Ронит Фрийман, изследовател, UNC-Chapel Hill

Способността да се програмира ДНК по този начин означава, че учените могат да създават клетки, които изпълняват специфични функции и дори да прецизират реакцията на клетката към външни стресови фактори. Въпреки че живите клетки са по-сложни от синтетичните клетки, създадени от лабораторията Freeman, те също са по-непредсказуеми и уязвими към сурови среди като екстремни температури.

„Синтетичните клетки бяха стабилни дори при 122 градуса по Фаренхайт, отваряйки възможността за производство на клетки с изключителни възможности в среди, обикновено неподходящи за човешки живот“, казва Фрийман.

Вместо да създава материали, предназначени да издържат, Фрийман казва, че нейните материали са съобразени с целта -; Изпълнете конкретна функция и след това променете себе си, за да изпълнявате нова функция. Тяхното приложение може да бъде персонализирано чрез добавяне на различни пептидни или ДНК дизайни за програмиране на клетки в материали като тъкани или тъкани. Тези нови материали могат да бъдат интегрирани в други технологии за синтетични клетки, всички с потенциални приложения, които биха могли да революционизират области като биотехнологиите и медицината.

„Това изследване ни помага да разберем какво представлява животът“, казва Фрийман. „Тази синтетична клетъчна технология не само ще ни позволи да възпроизведем това, което природата прави, но и ще създадем материали, които надминават биологията.“

източници: