Токсин с полезным свойством: фрагмент дифтерийного токсина сливает липидные везикулы при нейтральном pH

Исследователи из сети SNI открыли новый способ слияния липидных везикул при нейтральном pH. Используя фрагмент дифтерийного токсина, команда добилась слияния мембран везикул без предварительной обработки или жестких условий. Их работа, опубликованная в Communications Chemistry, открывает путь к новым применениям в технологиях "лаборатория-на-чипе", биосенсорах и прототипах искусственных клеток.

Липидные везикулы — важные инструменты в медицине и нанотехнологиях. Они могут доставлять лекарственные средства к определенным клеткам и тканям или служить строительными блоками в синтетической биологии, где контролируемое слияние позволяет создавать более крупные компартменты, имитирующие сложность живых клеток.

Достичь контролируемого слияния мембран в лаборатории, особенно без предварительной обработки везикул, долгое время было сложной задачей.

Дифтерийный токсин обеспечивает слияние мембран

Исследовательская группа под руководством профессора Корнелии Паливан (Университет Базеля) и доктора Ричарда А. Каммерера (Институт Пауля Шеррера, PSI) достигла прорыва в белковом слиянии мембран в лаборатории, используя дифтерийный токсин.

"Конкретная часть дифтерийного токсина, известная как T-домен, может индуцировать слияние мембран даже при нейтральном pH — без необходимости функционализации мембран везикул во время производства. Это уникально, потому что обычно этот токсин работает в кислых условиях в клетках", — объясняет первый автор исследования Пётр Яско.

Положительно заряженные аминокислоты критически важны

Определенные положительно заряженные аминокислоты в дифтерийном белке играют роль в слиянии при нейтральном pH. Аминокислоты связываются с отрицательно заряженной мембраной везикулы, что позволяет везикулам адсорбироваться на стеклянной поверхности.

Возникающая асимметричная натяжение в мембране является триггером, который приводит к слиянию прикрепленных и свободно плавающих частиц, сопровождающемуся снижением мембранного натяжения. Везикулы, не прикрепленные к стеклу и свободно плавающие в растворе, между собой не сливаются.

"В зависимости от силы положительного заряда на T-домене или количества отрицательно заряженных липидов, слияние производит множество мелких или меньшее количество крупных везикул, которые во всех случаях сохраняют сферическую форму", — объясняет Каммерер.

"Целевое слияние мембран при нейтральном pH представляет для нас большой интерес, поскольку может использоваться для многочисленных применений. Это основа для различных технологий 'лаборатория-на-чипе', биосенсоров и возможного использования с синтетическими аналогами липосом — полимерсомами для создания более химически продвинутых и стабильных клеточных миметиков", — комментирует Паливан.