Новые "магнитные дрожжи" — шаг к использованию природных магнитных возможностей

Исследователи из Висс-института биологически инспирированной инженерии Гарвардского университета и Гарвардской медицинской школы разработали метод индукции магнитной чувствительности у организма, не обладающего ею от природы — дрожжей. Их технология потенциально может быть использована для намагничивания различных типов клеток в медицинских, промышленных и исследовательских целях. Результаты исследования опубликованы в сегодняшнем выпуске PLoS Biology.

Магнитные поля повсюду, но лишь немногие организмы способны их ощущать. Те, кто может, например птицы и бабочки, используют магнитную чувствительность как своего рода природную систему глобального позиционирования для навигации на миграционных маршрутах. Как эти немногие магниточувствительные организмы обретают свой магнетизм, остаётся одной из неразгаданных тайн биологии.

Исследователям Памеле Сильвер, Ph.D., и Кейджи Нишиде, Ph.D., удалось наделить дрожжи схожими свойствами. Сильвер, руководитель исследования, является одним из основателей и ключевым сотрудником Висс-института, а также профессором биохимии и системной биологии в Гарвардской медицинской школе (HMS). Нишида — научный сотрудник в области системной биологии в HMS.

"Магнетизм в природе — это уникальная и загадочная биологическая функция, которую используют очень немногие живые системы, — сказала Сильвер. — Поэтому, хотя "магнитные дрожжи" могут звучать не как серьёзное научное достижение, на самом деле это крайне важный первый шаг к использованию этого природного явления и применению его для множества важных практических целей".

Присутствие железа может вызывать магнетизм, но большинство клеток, если подвергнуть их воздействию этого распространённого металла, запирают его в изолированных полостях, где он не может оказывать эффекта. Сильвер и Нишида смогли заблокировать экспрессию белка, вызывающего секвестрацию железа, что позволило железу свободно циркулировать по дрожжевой клетке. Таким образом они создали достаточную магнитную чувствительность в клетке, чтобы заставить её мигрировать к внешнему магниту.

Исследователи также обнаружили ген, коррелирующий с магнетизмом, который инструктирует производство критического белка, способного усиливать магнетизм. Затем они ещё больше усилили магнитную чувствительность за счёт взаимодействия со вторым белком, регулирующим клеточный метаболизм. Поскольку тот же метаболический белок функционирует сходным образом в клетках — от простых дрожжей до более сложных, даже человеческих, — новый метод потенциально может быть применён к гораздо более широкому спектру организмов.

Сильвер отмечает, что в промышленных условиях намагничивание могло бы быть чрезвычайно полезным как средство таргетирования и изоляции специфических клеток. Загрязнённые клетки можно было бы извлекать и удалять во время обработки биологических материалов, а клетки, критически важные для определённого производственного процесса, — выделять и использовать. Магнитные клетки также могли бы использоваться для взаимодействия с неживыми механизмами. Например, магнетизм можно было бы применять в тканевой инженерии, чтобы направлять клетки для послойного нанесения на каркас определённым образом. В будущем могут быть созданы новые терапии, в которых клетки будут сконструированы так, чтобы реагировать на магнитное поле ростом или заживлением, а имплантированные магнитные стволовые клетки, возможно, однажды можно будет отслеживать с помощью магнитно-резонансной томографии.

"Эта работа показывает, как принципы проектирования из одного типа клеток могут быть использованы с помощью синтетической биологии для переноса новых функций в другой, что является основным подходом, движущим область биологически инспирированной инженерии", — сказал основатель и директор Висс-института Дональд Ингбер, M.D., Ph.D. — Способность контролировать клетки магнитным полем также будет синергировать со многими другими технологиями, разрабатываемыми в Висс-институте, которые полагаются на использование магнитных полей для дистанционного управления функциями клеток или выделения редких клеток из биологических жидкостей".