Синтетическая клетка научилась следовать химическим сигналам и менять форму
Ученые из Johns Hopkins Medicine создали минимальную синтетическую клетку, которая реагирует на внешний химический сигнал и демонстрирует ключевой биологический принцип — «нарушение симметрии». Результаты опубликованы 12 июня в Science Advances.
Нарушение симметрии — это процесс, при котором молекулы клетки, изначально расположенные симметрично, перестраиваются в асимметричную структуру в ответ на стимул. Этот процесс предшествует движению клетки. Например, иммунные клетки чувствуют химические сигналы в очаге инфекции, нарушают симметрию и перемещаются через стенку сосуда к пораженной ткани.
«Понимание того, как работает нарушение симметрии, — ключ к раскрытию основ биологии и созданию новых терапевтических подходов», — говорит ведущий автор Шива Разави.
Для эксперимента ученые создали гигантскую везикулу с двойной мембраной — упрощенную синтетическую клетку (протоклетку), состоящую из фосфолипидов, очищенных белков, солей и АТФ (источника энергии). Ее назвали «пузырьком».
Как это работает:
- Внутрь протоклетки поместили два белка-переключателя: FKBP в центре и FRB на мембране.
- При добавлении химического вещества рапамицина снаружи, FKBP перемещался к мембране, чтобы связаться с FRB.
- Это запускало процесс полимеризации актина — реорганизации внутреннего каркаса клетки.
- В результате внутри формировалась стержневая структура из актина, которая давила на мембрану и деформировала сферическую форму клетки.
Ученые использовали конфокальную микроскопию для быстрой 3D-съемки (один кадр каждые 15–30 секунд), так как клетки быстро реагировали на сигнал.
Перспективы:
- Целевая доставка лекарств: В такие «пузырьки» можно поместить белки, РНК, ДНК или малые молекулы, направить их химическим сигналом к цели и заставить высвободить препарат.
- Изучение основ жизни: Создание клетки «с нуля» помогает понять минимальный набор компонентов, необходимых для сложных клеточных функций.
Следующая цель — научить синтетические клетки не только менять форму, но и двигаться к заданной цели.