Наноробот из ДНК для изучения клеточных процессов

Учёные из Центра структурной биологии в Монпелье (Inserm, CNRS, Университет Монпелье) создали «наноробота» полностью из молекул ДНК. Его цель — изучение механических сил на микроскопическом уровне, которые играют ключевую роль во многих биологических и патологических процессах. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Клетки нашего тела постоянно подвергаются воздействию микроскопических механических сил. Эти силы запускают биологические сигналы, необходимые для нормальной работы организма, а их нарушение связано с развитием заболеваний. Например, работа механорецепторов лежит в основе осязания (открытие этих рецепторов было отмечено Нобелевской премией по физиологии и медицине в 2021 году), регуляции кровяного давления, восприятия боли, слуха и дыхания.

Дисфункция клеточной механочувствительности участвует в развитии многих болезней, включая рак: раковые клетки мигрируют, «ощущая» и адаптируясь к механическим свойствам своего микроокружения. Однако знания о молекулярных механизмах этого процесса ограничены. Существующие технологии для изучения таких сил дороги и не позволяют одновременно исследовать несколько клеточных рецепторов.

Конструкция из ДНК-оригами

В качестве альтернативы исследовательская группа под руководством Гаэтана Белло (Inserm) использовала метод ДНК-оригами. Этот метод позволяет создавать трёхмерные наноструктуры заранее заданной формы, используя молекулу ДНК в качестве строительного материала.

Учёные сконструировали «наноробота» из трёх структур ДНК-оригами нанометрового размера, что сопоставимо с размером человеческой клетки. Впервые создан объект на основе ДНК, способный прикладывать и контролировать силу с разрешением 1 пиконьютон (одна триллионная ньютона). Для сравнения: 1 Ньютон — это примерно сила нажатия пальцем на ручку.

Робота соединили с молекулой, распознающей конкретный механорецептор. Это позволило направлять его к определённым клеткам и прикладывать силы точечно к выбранным рецепторам на их поверхности, чтобы активировать их.

Значение и перспективы

Такой инструмент ценен для фундаментальной науки. Он позволит:

• Лучше понять молекулярные механизмы клеточной механочувствительности.
• Открыть новые рецепторы, чувствительные к механическим силам.
• Точнее определить, в какой момент приложения силы активируются ключевые сигнальные пути для биологических и патологических процессов.

«Конструкция робота, позволяющая применять пиконьютонные силы in vitro и in vivo, отвечает растущему запросу научного сообщества и представляет собой серьёзный технологический прорыв. Однако биосовместимость робота — это как преимущество для применения в живых системах, так и слабость, поскольку ДНК чувствительна к ферментам, которые могут её разрушить. Наш следующий шаг — изучить, как можно модифицировать поверхность робота, чтобы сделать его менее чувствительным к действию ферментов. Мы также попробуем найти другие способы активации робота, например, с помощью магнитного поля», — говорит Гаэтан Белло.