Стремясь создать искусственные клетки из неживых компонентов, исследователи из Центра молекулярной биологии Гейдельбергского университета (ZMBH) преодолели значимый барьер. Применяя метод РНК-оригами, команда разработала нанотрубки, которые формируются в структуры, сходные с цитоскелетом живых клеток. Этот успех приближает учёных к созданию полноценных синтетических клеток, которые обойдутся без традиционного производства белков.
Цитоскелет представляет собой основополагающую структурную систему клетки, определяющую её стабильность, форму и подвижность. На протяжении длительного времени создание аналогичных элементов в искусственных условиях оставалось трудной задачей из-за зависимости от белков, формирующихся в процессе транскрипции и трансляции генетической информации. «В этом задействуется более 150 генов», — подчеркивает профессор Гёпфрих, руководящая группой «Биофизическая инженерия жизни» в ZMBH.
Для избежания необходимости белкового синтеза исследовательская команда использовала РНК-оригами — методику, которая позволяет сооружать сложные структуры за счёт самоорганизации молекул рибонуклеиновой кислоты. На первом этапе была создана ДНК-последовательность с применением компьютерного моделирования. Этот шаблон задаёт форму, которую РНК обретает после сворачивания. Затем искусственно созданный ген синтезировали и обработали с помощью фермента РНК-полимеразы, считывающего информацию и создающего соответствующий РНК-компонент. Специализированные алгоритмы обеспечивали правильное сворачивание молекул.
В итоге исследователи смогли получить микротрубки длиной в несколько микрон, создающие сеть, резонирующую с природным цитоскелетом. Эксперименты проводились в липидных везикулах — упрощённых моделях клеток. Пользуясь РНК-аптамерами, искусственные структуры прикрепляли к мембранам. Учёные также продемонстрировали возможность регулировки свойств «скелета» посредством точечных изменений в ДНК-шаблоне.
«В отличие от ДНК-оригами, РНК-оригами позволяет синтетическим клеткам самостоятельно вырабатывать строительные компоненты», — отмечает Гёпфрих. Это даёт возможность направленной эволюции таких систем. Как утверждает Гёпфрих, исследование закладывает фундамент для разработки полной молекулярной инфраструктуры РНК-клеток. Долгосрочной целью проекта является создание функциональных синтетических клеток, способных размножаться и адаптироваться без участия природных белков.
Продолжение экспериментов поможет увеличить функциональные возможности РНК-структур и приблизит к созданию полностью автономных искусственных клеток, что может произвести революцию в биотехнологиях и медицине.
Источник: iXBT
