Ученые используют свет для управления вирусами и доставки грузов в клетки
Исследователи из Университета Райса разработали метод, позволяющий с помощью двух оттенков красного света контролировать уровень и пространственное распределение экспрессии генов в клетках с помощью модифицированного вируса.
Вирусы эффективно доставляют гены в клетки-хозяева, но сталкиваются с трудностями при транспортировке своего груза из цитоплазмы в ядро клетки, где происходит экспрессия генов. Лаборатории биоинженеров Джунхэ Су и Джеффри Тейбора нашли способ преодолеть это ключевое препятствие.
Исследование опубликовано в журнале Американского химического общества ACS Nano.
Принцип метода: оптогенетика и вирусные векторы
- Работа объединяет опыт лаборатории Су в создании вирусов для доставки генов и экспертизу лаборатории Тейбора в области оптогенетики, где светочувствительные белки используются для контроля биологических процессов.
- Ученые создали специальные векторы на основе адено-ассоциированного вируса (AAV), включив в них белки, которые естественным образом соединяются под действием красного света (длина волны 650 нм) и разъединяются под действием дальнего красного света (750 нм).
Как это работает
- В клетки-хозяева встроен белок фитохром B с ядерной локализационной последовательностью (пептидом, помогающим белкам проникать в ядро).
- На внешнюю поверхность капсида (оболочки) вируса прикреплен его партнер по связыванию — белок PIF6.
- После попадания в клетку вирусы накапливаются вокруг ядра. В неактивном состоянии большинство из них остаются снаружи.
- При облучении клетки активирующим красным светом два растительных белка димеризуются (соединяются). Благодаря ядерной метке на фитохроме B, вирус «затягивается» в ядро.
Результаты и перспективы
- Это первый случай использования оптогенетических белков для контроля инфекционности вирусов. Эффективность метода превзошла ожидания.
- Ведущий автор Эрик Гомес и соавтор Карл Герхардт продемонстрировали технику, активируя с помощью масок заранее заданные паттерны клеток, инфицированных AAV, в чашках Петри.
- Платформа может в будущем использоваться для точного контроля того, какие клетки и ткани экспрессируют ген и на каком уровне.
- Стратегия потенциально применима в тканевой инженерии, например, для направленной дифференцировки стволовых клеток в биосовместимых каркасах.
- Применение в организме (in vivo) — более отдаленная перспектива, так как красный свет плохо проникает через ткани. Возможным решением может стать доставка света с помощью катетера непосредственно к цели.
«Это только первый шаг», — отмечает Джунхэ Су. Следующая цель — создание более эффективных и доставляемых капсидов нового поколения.