Искусственные органеллы заставляют клетки реагировать на внешние сигналы

Исследователи из Имперского колледжа Лондона запрограммировали бактериальные клетки реагировать на изменения света и температуры с помощью синтетических клеточных структур.

Эта инновация — шаг вперед в области клеточной инженерии, которая занимается изменением и использованием биологических клеток для потенциальных применений в медицине, биопроизводстве и биосенсорике.

Как и органы в нашем теле, живые клетки содержат субструктуры, называемые органеллами — клеточные механизмы, выполняющие определенные задачи. В этой работе ученые создали искусственные органеллы и соединили их с бактериальными клетками, чтобы заставить их чувствовать и реагировать на внешние сигналы. Они спроектировали органеллы для «перевода» внешних сигналов, таких как свет и тепло, на химический «язык», который бактерии понимают и на который реагируют, производя белки.

Ведущий автор, доктор Юваль Элани, говорит: «С помощью наших искусственных органелл мы убедили бактерии реагировать на сигналы, на которые они обычно не реагируют. Это как добавить немного кода в клетку, чтобы дать ей новые функции».

Исследование может проложить путь для потенциальных применений в медицине, позволяя искусственно запрограммированным клеткам обнаруживать больные. Клетки также можно запрограммировать на производство и высвобождение лекарств при контакте с пораженными клетками.

Программируемые клетки также могут помочь в биотехнологии, где они могли бы производить материалы, такие как лекарства, белки для производства продуктов питания и промышленные материалы, такие как пластмассы и моющие средства.

Первый автор исследования, аспирант Игнасио Гисперт, отмечает: «Придание клеткам новых функций путем включения искусственных органелл — это совершенно новый подход в клеточной инженерии. Наши искусственные органеллы представляют собой программируемые модули, которые переводят физические входные данные в химические сигналы. Доказав осуществимость нашего нового подхода, мы открыли новый путь к клеткам, которыми можно управлять извне по требованию».

Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Сила клеток

В клеточной инженерии и синтетической биологии ученые создают искусственные клетки и органеллы, имитирующие форму и функцию биологических клеток. Одна из больших задач этой области — заставить «неживые» искусственные клетки общаться со своими биологическими «живыми» аналогами.

Исследователи теперь изучают, как перевести свои выводы в терапевтические средства следующего поколения для лечения болезней.

Одна из целей клеточной инженерии — создание полностью программируемых клеток, которые могут напрямую ощущать болезненные состояния или внешние сигналы, подаваемые врачом. Например, эти клетки могут чувствовать повышенную температуру в опухолях или реагировать на внешний свет, заставляя пораженные области светиться.

Другая цель — заставить клетки реагировать на эти сигналы. Это может происходить через производство и высвобождение лекарства, которое действует специфически на такие больные клетки и только в течение времени воздействия.

Соавтор, доктор Джеймс Хиндли, говорит: «Хотя мы напрямую не демонстрируем эти применения, наше исследование сочетает программируемость искусственных клеток, созданных на заказ, с мощью биологических клеток. Это открывает совершенно новые потенциальные возможности для будущих применений в медицине и биотехнологии».