Искусственные клетки могут светиться при комнатной температуре в ответ на внешние молекулы-мишени

Бесклеточные системы, способные экспрессировать легко детектируемый белок по ДНК- или мРНК-матрице без ограничений живых клеток, перспективны как основа для биосенсоров. Инкапсуляция их в липидные бислойные мембраны (например, липосомы) позволяет избежать негативного влияния ингибиторов экспрессии из окружающей среды.

Для работы такого сенсора требуется механизм трансдукции сигнала от молекулы-мишени к экспрессии репортерного белка (например, светящегося). Перспективным кандидатом для этого является рибопереключатель — последовательность, регулирующая экспрессию гена в ответ на молекулу. При слиянии с геном репортерного белка он может регулировать его экспрессию в ответ на специфическую молекулу.

Хотя разнообразие природных рибопереключателей ограничено, можно создать искусственный рибопереключатель, чувствительный к заданной молекуле. Некоторые природные или синтетические активирующие рибопереключатели уже использовались с бесклеточными системами для создания сенсоров на основе искусственных клеток.

Однако все подобные сенсоры, описанные ранее, основаны на прокариотических бесклеточных системах и плохо работают при комнатной температуре. Существуют также проблемы с дизайном рибопереключателей, затрудняющие расширение спектра мишеней.

В исследовании, опубликованном в ACS Synthetic Biology, ученые использовали:

• Эукариотическую бесклеточную систему (экстракт зародышей пшеницы), работающую в широком диапазоне комнатных температур.
• Высокомодульный синтетический рибопереключатель (активирующий), эффективно функционирующий в этой системе. Его специфичность к мишени можно менять, просто заменяя домен узнавания на основе уникального рационального метода дизайна.

Исследователи создали три типа синтетических рибопереключателей (для трех лекарств-мишеней) и слили каждый с геном, кодирующим репортерный белок разного цвета свечения (зеленый, красный или синий). Затем одну из таких конструкций инкапсулировали с экстрактом зародышей пшеницы в липосомы размером с природную клетку, получив искусственные клетки. Их свечение зависело от концентрации целевой молекулы снаружи, а цвет был специфичен для каждой мишени.

Благодаря высокой ортогональности систем, коктейль из таких искусственных клеток позволил проводить одновременное детектирование трех мишеней при комнатной температуре.