Ārpus bioloģijas: dinamisku sintētisko šūnu izveide ar programmējamu DNS

Ārpus bioloģijas: dinamisku sintētisko šūnu izveide ar programmējamu DNS

Jaunā pētījumā, kas publicētsDabiskā ķīmija, UNC-Chapel Hill pētniece Ronita Frīmena un viņas kolēģi apraksta pasākumus, ko viņi veica, lai manipulētu ar DNS un olbaltumvielām -; būtiskākie dzīves elementi -; lai izveidotu šūnas, kas izskatās un uzvedas kā ķermeņa šūnas. Šis sasniegums ir pirmais šajā jomā, un tas ietekmē centienus reģeneratīvajā medicīnā, zāļu piegādes sistēmās un diagnostikas rīkos.

"Ar šo atklājumu mēs varam iedomāties tādu materiālu vai audu konstrukciju, kas ir jutīgi pret izmaiņām savā vidē un var izturēties dinamiski," saka Frīmens, kura laboratorija atrodas UNC Mākslas un zinātņu koledžas Lietišķo fizisko zinātņu nodaļā.

Šūnas un audi sastāv no olbaltumvielām, kas apvienojas, lai veiktu uzdevumus un veidotu struktūras. Olbaltumvielas ir būtiskas, lai izveidotu šūnu karkasu, ko sauc par citoskeletu. Bez tiem šūnas nevarētu darboties. Citoskelets ļauj šūnām būt elastīgām gan pēc formas, gan reaģējot uz vidi.

Neizmantojot dabiskos proteīnus, Freeman Lab izveidoja šūnas ar funkcionāliem citoskeletiem, kas var mainīt formu un reaģēt uz savu vidi. Lai to izdarītu, viņi izmantoja jaunu programmējamu peptīdu-DNS tehnoloģiju, kas liek peptīdiem, proteīnu celtniecības blokiem un atkārtoti izmantotajam ģenētiskajam materiālam darboties kopā, veidojot citoskeletu.

DNS parasti nav atrodama citoskeletā. Mēs pārprogrammējām DNS sekvences, lai tās darbotos kā arhitektūras materiāls, savienojot peptīdus kopā. Kad šis ieprogrammētais materiāls tika ievietots ūdens pilē, struktūras sāka veidoties.

Ronits Frīmens, UNC-Chapel Hill pētnieks

Spēja programmēt DNS šādā veidā nozīmē, ka zinātnieki var izveidot šūnas, kas veic noteiktas funkcijas un pat precīzi noregulēt šūnas reakciju uz ārējiem stresa faktoriem. Lai gan dzīvās šūnas ir sarežģītākas nekā Freeman Lab radītās sintētiskās šūnas, tās ir arī neparedzamākas un neaizsargātākas pret skarbām vidēm, piemēram, ekstremālām temperatūrām.

"Sintētiskās šūnas bija stabilas pat pie 122 grādiem pēc Fārenheita, paverot iespēju ražot šūnas ar neparastām iespējām vidē, kas parasti nav piemērota cilvēka dzīvībai," saka Frīmens.

Tā vietā, lai radītu materiālus, kas paredzēti ilgstošai lietošanai, Frīmena saka, ka viņas materiāli ir pielāgoti mērķim -; Veiciet noteiktu funkciju un pēc tam mainiet sevi, lai veiktu jaunu funkciju. To pielietojumu var pielāgot, pievienojot dažādus peptīdu vai DNS dizainus, lai programmētu šūnas tādos materiālos kā audumi vai audi. Šos jaunos materiālus var integrēt citās sintētisko šūnu tehnoloģijās ar potenciāliem pielietojumiem, kas varētu mainīt tādas jomas kā biotehnoloģija un medicīna.

"Šis pētījums palīdz mums saprast, kas ir dzīvība," saka Frīmens. "Šī sintētisko šūnu tehnoloģija ļaus mums ne tikai reproducēt to, ko dara daba, bet arī radīt materiālus, kas pārspēj bioloģiju."

Avoti: