Учёные впервые использовали нанотехнологии для проникновения в клетки растений

Команда учёных из Университета штата Айова успешно использовала нанотехнологии для проникновения через клеточные стенки растений и одновременной доставки гена и химического вещества, запускающего его экспрессию с контролируемой точностью. Это прорывное достижение открывает новую эру в биологии растений и агробиотехнологии.

Исследование "Mesoporous Silica Nanoparticles Deliver DNA and Chemicals into Plants" стало ключевой статьёй в майском выпуске журнала Nature Nanotechnology.

Суть технологии

Ранее учёные могли ввести ген в клетку растения, но для его активации требовался отдельный процесс с использованием химикатов, который был неточным и мог быть токсичным для растения.

Новая технология использует мезопористые наночастицы диоксида кремния (silica), разработанные ранее группой профессора Виктора Линя. Эти сферические частицы имеют пористую структуру, напоминающую соты, что позволяет им нести значительный "полезный груз" — одна грамм такого материала может иметь общую площадь поверхности с футбольное поле.

Ключевая особенность — уникальная стратегия "закупоривания" (capping), которая герметично удерживает груз внутри частиц. Крышки могут быть химически активированы для открытия в нужный момент, обеспечивая полный контроль над временем доставки.

Преодоление барьеров

Первоначальная попытка доставить ДНК через жёсткую клеточную стенку растения не удалась. Технология легче работала с животными клетками, которые лишены стенок и поглощают частицы путём эндоцитоза.

Учёные решили модифицировать поверхность частиц химическим покрытием, чтобы сделать их "привлекательными" для растительных клеток. Это сработало на протопластах (клетках без стенок).

Однако для доставки в клетки с неповреждёнными стенками, где обычно используется "генная пушка" (gene gun), химики добавили на поверхность наночастиц ещё более мелкие золотые частицы. Эти "золотые ворота" не только предотвращали утечку химикатов, но и утяжеляли наночастицы, позволяя доставлять их с помощью стандартной генной пушки.

Результаты и перспективы

Технология была успешно применена для доставки ДНК и химических веществ в растения Arabidopsis, табака и кукурузы.

Ключевые преимущества:

• Одновременная доставка нескольких компонентов в одну клетку
• Контролируемое высвобождение в нужное время и в нужном месте
• Возможность доставки генов, химических веществ, агентов для визуализации

"До сих пор вы были во власти природы, когда доставляли ген в клетку", — говорит Виктор Линь. "Не было точного контроля над тем, действительно ли клетки включат ген и экспрессируют соответствующий белок. С этой технологией в будущем мы сможем контролировать всю последовательность".

Технология открывает "совершенно новые возможности" для изучения внутриклеточных процессов, предоставляя учёным "окно" в мир, который ранее был недоступен для прямого наблюдения.