Izvan biologije: Stvaranje dinamičkih sintetičkih stanica s programabilnom DNK

Izvan biologije: Stvaranje dinamičkih sintetičkih stanica s programabilnom DNK

U novoj studiji objavljenoj uPrirodna kemija, istraživačica Ronit Freeman iz UNC-Chapel Hilla i njezini kolege opisuju korake koje su poduzeli kako bi manipulirali DNK i proteinima -; bitne građevne jedinice života -; stvoriti stanice koje izgledaju i ponašaju se poput tjelesnih stanica. Ovo je postignuće prvo u tom području i ima implikacije na napore u regenerativnoj medicini, sustavima za isporuku lijekova i dijagnostičkim alatima.

"S ovim otkrićem možemo zamisliti konstrukciju materijala ili tkiva koji su osjetljivi na promjene u svom okolišu i mogu se ponašati dinamički", kaže Freeman, čiji se laboratorij nalazi na Odjelu za primijenjene fizičke znanosti na UNC College of Arts and Sciences.

Stanice i tkiva sastoje se od proteina koji se udružuju kako bi izvršili zadatke i formirali strukture. Proteini su bitni za formiranje okvira stanice, koji se naziva citoskelet. Bez njih stanice ne bi mogle funkcionirati. Citoskelet omogućuje stanicama da budu fleksibilne, kako u obliku tako iu odgovoru na okolinu.

Bez korištenja prirodnih proteina, Freeman Lab izgradio je stanice s funkcionalnim citoskeletima koji mogu mijenjati oblik i reagirati na okolinu. Kako bi to učinili, upotrijebili su novu programabilnu tehnologiju peptid-DNA koja uzrokuje da peptidi, građevni blokovi proteina i prenamijenjeni genetski materijal rade zajedno kako bi formirali citoskelet.

DNK se obično ne nalazi u citoskeletu. Reprogramirali smo sekvence DNK da djeluju kao arhitektonski materijal, povezujući peptide zajedno. Nakon što je ovaj programirani materijal stavljen u kap vode, strukture su počele poprimati oblik.

Ronit Freeman, istraživač, UNC-Chapel Hill

Mogućnost programiranja DNK na ovaj način znači da znanstvenici mogu stvoriti stanice koje obavljaju specifične funkcije, pa čak i fino podesiti odgovor stanice na vanjske stresore. Iako su žive stanice složenije od sintetičkih stanica koje je stvorio Freeman Lab, one su također nepredvidljivije i osjetljivije na oštra okruženja kao što su ekstremne temperature.

"Sintetičke stanice bile su stabilne čak i na 122 stupnja Fahrenheita, otvarajući mogućnost proizvodnje stanica s izvanrednim sposobnostima u okruženjima koja su inače neprikladna za ljudski život", kaže Freeman.

Umjesto da stvara materijale dizajnirane da traju, Freeman kaže da su njezini materijali skrojeni prema svrsi -; Izvedite određenu funkciju, a zatim promijenite sebe kako biste obavljali novu funkciju. Njihova se primjena može prilagoditi dodavanjem različitih dizajna peptida ili DNK za programiranje stanica u materijalima kao što su tkanine ili tkiva. Ovi novi materijali mogu se integrirati u druge tehnologije sintetskih stanica, sve s potencijalnim primjenama koje bi mogle revolucionirati polja kao što su biotehnologija i medicina.

"Ovo istraživanje nam pomaže razumjeti što čini život", kaže Freeman. "Ova tehnologija sintetičkih stanica ne samo da će nam omogućiti reprodukciju onoga što priroda radi, već i stvaranje materijala koji nadmašuju biologiju."

Izvori: