Исследовательская группа под руководством профессора доктора Керстин Гёпфрих из Центра молекулярной биологии Гейдельбергского университета (ZMBH) совершила прорыв в области синтетической биологии. Команда «Биофизическая инженерия жизни» разработала инновационный метод создания искусственного цитоскелета для синтетических клеток с использованием технологии РНК-оригами. Результаты этого значимого исследования были опубликованы в престижном научном журнале Nature Nanotechnology.
Одной из ключевых проблем в создании живых клеток из неживых компонентов является сложность производства белков. Естественный процесс синтеза белка требует участия более 150 генов, что делает его чрезвычайно сложным для воспроизведения в лабораторных условиях. Команда профессора Гёпфрих предложила революционное решение этой проблемы, используя многофункциональность РНК для формирования новых строительных блоков, что позволяет обойти необходимость в белковом синтезе.
Процесс РНК-оригами включает несколько этапов: компьютерное проектирование последовательности ДНК, выбор подходящих РНК-мотивов, перевод в генетический шаблон, синтез искусственного гена, реализацию с использованием РНК-полимеразы и, наконец, сворачивание, направляемое специализированными алгоритмами. Этот метод позволяет создавать сложные трехмерные структуры на наноуровне с заданными свойствами.
Исследователям удалось создать РНК-нанотрубки, которые складываются в структуры, напоминающие цитоскелет. Эти нанотрубки, длиной в несколько микрон, формируют сеть, поразительно схожую с естественной клеточной структурой. Учёные успешно протестировали свои разработки в липидных везикулах – простых моделях клеточных систем. Они также использовали РНК-аптамеры для связывания искусственного цитоскелета с клеточными мембранами, что приближает синтетические конструкции к функциональности настоящих клеток.
Особенно важным достижением стала демонстрация возможности влиять на свойства РНК-скелета через целенаправленные мутации ДНК. Это открывает перспективы для тонкой настройки характеристик искусственных клеточных структур в зависимости от конкретных задач и условий.
Цитоскелет играет фундаментальную роль в жизнедеятельности клеток, обеспечивая их стабильность, форму и подвижность. Создание искусственного аналога этой структуры – важнейший шаг на пути к полноценным синтетическим клеткам. Технология РНК-оригами позволяет синтетическим клеткам самостоятельно производить собственные строительные блоки, что значительно упрощает процесс их создания и функционирования.
Данное исследование открывает перспективы для направленной эволюции синтетических клеток и формирует потенциальную основу для разработки более сложных РНК-машин. Долгосрочной целью учёных является создание полной молекулярной машинерии для РНК-основанных синтетических клеток, что может произвести революцию в биотехнологии, медицине и материаловедении.
Изображение носит иллюстративный характер
Одной из ключевых проблем в создании живых клеток из неживых компонентов является сложность производства белков. Естественный процесс синтеза белка требует участия более 150 генов, что делает его чрезвычайно сложным для воспроизведения в лабораторных условиях. Команда профессора Гёпфрих предложила революционное решение этой проблемы, используя многофункциональность РНК для формирования новых строительных блоков, что позволяет обойти необходимость в белковом синтезе.
Процесс РНК-оригами включает несколько этапов: компьютерное проектирование последовательности ДНК, выбор подходящих РНК-мотивов, перевод в генетический шаблон, синтез искусственного гена, реализацию с использованием РНК-полимеразы и, наконец, сворачивание, направляемое специализированными алгоритмами. Этот метод позволяет создавать сложные трехмерные структуры на наноуровне с заданными свойствами.
Исследователям удалось создать РНК-нанотрубки, которые складываются в структуры, напоминающие цитоскелет. Эти нанотрубки, длиной в несколько микрон, формируют сеть, поразительно схожую с естественной клеточной структурой. Учёные успешно протестировали свои разработки в липидных везикулах – простых моделях клеточных систем. Они также использовали РНК-аптамеры для связывания искусственного цитоскелета с клеточными мембранами, что приближает синтетические конструкции к функциональности настоящих клеток.
Особенно важным достижением стала демонстрация возможности влиять на свойства РНК-скелета через целенаправленные мутации ДНК. Это открывает перспективы для тонкой настройки характеристик искусственных клеточных структур в зависимости от конкретных задач и условий.
Цитоскелет играет фундаментальную роль в жизнедеятельности клеток, обеспечивая их стабильность, форму и подвижность. Создание искусственного аналога этой структуры – важнейший шаг на пути к полноценным синтетическим клеткам. Технология РНК-оригами позволяет синтетическим клеткам самостоятельно производить собственные строительные блоки, что значительно упрощает процесс их создания и функционирования.
Данное исследование открывает перспективы для направленной эволюции синтетических клеток и формирует потенциальную основу для разработки более сложных РНК-машин. Долгосрочной целью учёных является создание полной молекулярной машинерии для РНК-основанных синтетических клеток, что может произвести революцию в биотехнологии, медицине и материаловедении.
