Кольца из ДНК-нанотрубок: создан важный элемент для искусственных клеток
Исследователи впервые синтезировали искусственное сократительное кольцо для деления клеток с помощью ДНК-нанотехнологий и раскрыли его механизм сокращения. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Синтетическое воспроизведение деления
В рамках синтетической биологии команда профессора Керстин Гёпфрих из Гейдельбергского университета создала полимерные кольца из ДНК-нанотрубок, имитирующие сократительные кольца при клеточном делении.
В природе это кольцо формируется из белковых филаментов актина, а его сокращение обеспечивают моторные белки, использующие энергию гидролиза АТФ.
Новый механизм сокращения
Разработанные ДНК-кольца сокращаются не за счёт белковых моторов, а благодаря молекулярному притяжению между сегментами кольца. Это притяжение можно вызвать двумя способами:
- Сшивающие молекулы с двумя «липкими» концами, соединяющими сегменты полимера.
- Дегидратационное взаимодействие, при котором молекулы-«наполнители» (crowder) окружают полимеры и сжимают сегменты вместе.
Этот механизм не потребляет химическую энергию, поэтому для его работы в синтетической клетке не требуется источник энергии.
Теоретическое моделирование
Профессор Ян Кирфельд и аспирант Лукас Вайзе из ТУ Дортмунда разработали теоретическое описание и провели молекулярно-динамическое моделирование механизма сокращения, которые согласуются с экспериментальными данными.
Их методы симуляции ДНК-колец в реалистичном масштабе позволили количественно объяснить формирование и сокращение полимерных колец.
«Мы можем не только предсказать, что увеличение концентрации молекул-«наполнителей» уменьшит кольцо, но и рассчитать, насколько именно», — говорит профессор Кирфельд.
Это позволяет точно контролировать диаметр ДНК-кольца, что важно для будущего применения сократительных колец в синтетической биологии.
Значение для науки
Создание механизмов клеточного деления — важный шаг к созданию искусственной клетки. Это помогает лучше понять функциональные механизмы естественных клеток и основы жизни.