Beyond Biology: dünaamiliste sünteetiliste rakkude loomine programmeeritava DNA abil

Beyond Biology: dünaamiliste sünteetiliste rakkude loomine programmeeritava DNA abil

aastal avaldatud uues uuringusLooduslik keemia, UNC-Chapel Hilli uurija Ronit Freeman ja tema kolleegid kirjeldavad samme, mida nad võtsid DNA ja valkude manipuleerimiseks -; elu olulised ehituskivid -; luua rakke, mis näevad välja ja käituvad nagu keharakud. See saavutus on selles valdkonnas esmakordne ja mõjutab jõupingutusi regeneratiivse meditsiini, ravimite kohaletoimetamise süsteemide ja diagnostikavahendite vallas.

"Selle avastusega võime ette kujutada materjalide või kudede ehitamist, mis on tundlikud oma keskkonna muutuste suhtes ja võivad käituda dünaamiliselt," ütleb Freeman, kelle labor asub UNC Kunstide ja Teaduste Kolledži rakendusfüüsikaliste teaduste osakonnas.

Rakud ja kuded koosnevad valkudest, mis ühinevad ülesannete täitmiseks ja struktuuride moodustamiseks. Valgud on olulised raku raamistiku, mida nimetatakse tsütoskeletiks, moodustamiseks. Ilma nendeta ei saaks rakud toimida. Tsütoskelett võimaldab rakkudel olla paindlik nii kuju kui ka keskkonnale reageerimise poolest.

Ilma looduslikke valke kasutamata ehitas Freemani labor funktsionaalsete tsütoskelettidega rakke, mis võivad muuta kuju ja reageerida oma keskkonnale. Selleks kasutasid nad uut programmeeritavat peptiid-DNA tehnoloogiat, mis paneb peptiidid, valkude ehitusplokid ja ümberehitatud geneetilise materjali koos töötama tsütoskeleti moodustamiseks.

Tavaliselt ei leidu DNA-d tsütoskeletis. Programmeerisime DNA järjestused ümber, et need toimiksid arhitektuurse materjalina, sidudes peptiide omavahel. Kui see programmeeritud materjal veetilga sisse oli pandud, hakkasid konstruktsioonid kuju võtma.

Ronit Freeman, UNC-Chapel Hilli teadlane

Võimalus DNA-d sel viisil programmeerida tähendab, et teadlased saavad luua rakke, mis täidavad spetsiifilisi funktsioone ja isegi peenhäälestada raku reaktsiooni välistele stressoritele. Kuigi elusrakud on Freeman Labi loodud sünteetilised rakud keerukamad, on nad ka ettearvamatud ja tundlikumad karmide keskkondade, näiteks äärmuslike temperatuuride suhtes.

"Sünteetilised rakud olid stabiilsed isegi 122 kraadi Fahrenheiti juures, mis avas võimaluse toota erakordsete võimetega rakke keskkonnas, mis tavaliselt inimeluks ei sobi," ütleb Freeman.

Selle asemel, et luua materjale, mis on mõeldud kestma, ütleb Freeman, et tema materjalid on kohandatud eesmärgiga -; Tehke konkreetne funktsioon ja seejärel muutke end uue funktsiooni täitmiseks. Nende rakendust saab kohandada, lisades erinevaid peptiidi või DNA kujundusi, et programmeerida rakke sellistes materjalides nagu kangad või koed. Neid uusi materjale saab integreerida teistesse sünteetiliste rakutehnoloogiatesse, millel on potentsiaalsed rakendused, mis võivad muuta revolutsiooni sellistes valdkondades nagu biotehnoloogia ja meditsiin.

"See uurimus aitab meil mõista, mis on elu, " ütleb Freeman. "See sünteetilise rakutehnoloogia ei võimalda meil mitte ainult reprodutseerida seda, mida loodus teeb, vaid ka luua materjale, mis ületavad bioloogiat."

Allikad: