Искусственные органеллы на основе гибридных белковых наночастиц

Компартментализация — одна из главных стратегий, позволяющих природе контролировать биологические процессы. Для правильного функционирования живых клеток необходимы органеллы — небольшие компартменты внутри клетки. Исследователи работают над созданием искусственных органелл, которые могли бы добавлять клеткам новые функции или корректировать нарушенные процессы, например, для терапии метаболических заболеваний. Это можно сделать, используя синтетические компоненты для создания органелл вне клетки, или же используя компоненты, произведённые внутри клетки. Именно последний подход исследовала в своей докторской работе Сюзанна Тиммерманс, используя белковые наночастицы.

Стабилизирующие домены

В своём исследовании Сюзанна Тиммерманс использовала белковые наночастицы для разработки искусственных органелл, способных выполнять новые функции в клетке. Эти микроскопические частицы состоят из вирусных капсидов (белковых оболочек вирусов), к которым был добавлен стабилизирующий белковый домен.

Тиммерманс показала, что наночастицы стабильны в течение длительного времени в условиях, сравнимых с внутриклеточными. Это критически важно для правильного функционирования искусственной органеллы, так как её распад и потеря функции внутри клетки были бы разрушительными. Кроме того, стабилизирующие домены позволяют наночастицам реагировать на окружающую среду, изменяя свой размер. Естественные процессы в клетке часто демонстрируют такое адаптивное поведение, поэтому его имитация очень важна.

Активный компонент

Чтобы выполнять определённую функцию в клетке, искусственная органелла должна содержать активный компонент. Отличными кандидатами являются ферменты, так как эти белковые катализаторы могут производиться клетками, они естественным образом активны внутри клеток, и известно множество ферментов с самыми разными функциями.

Используемые Тиммерманс белковые наночастицы имеют полое ядро. Она продемонстрировала, что инкапсулирование ферментов в это ядро осуществимо. Это было достигнуто как вне клеток, так и внутри живых клеток. Последний результат особенно перспективен для разработки искусственной органеллы.

Полезный эффект на клетки и внутри них

Наконец, Тиммерманс оценила, оказывают ли искусственные органеллы полезный эффект на клетки и внутри них. Во-первых, она использовала активность инкапсулированных ферментов для производства соединения, которое клетка могла бы использовать для синтеза определённого белка. Затем она оценила, может ли инкапсуляция внутри искусственной органеллы защитить фермент от быстрой деградации так называемыми протеазами. Эта часть проекта оказалась очень сложной для доказательства, и работа над ней продолжается.

В целом, исследование Тиммерманс расширило знания о разработке искусственных органелл, производимых внутри клеток. Важными задачами, которые ещё предстоит решить, являются реализация активности искусственных органелл внутри клеток, регуляция этой активности специфическими сигналами и детекция органелл внутри клеток. Сотрудничая с разными научными дисциплинами и используя достижения, сделанные с другими белковыми наночастицами, Тиммерманс надеется, что эти препятствия будут преодолены в будущем.