Команда ученых во главе с профессором Лаурой На Лю из Университета Штутгарта и Института твердотельных исследований Макса Планка совершила прорыв в области синтетической биологии. Они разработали ДНК-нанороботов, способных изменять форму и проницаемость искусственных клеток, а именно гигантских однослойных везикул (ГУВ). Исследователи успешно применили принцип «форма определяет функцию», который часто используется в дизайне и архитектуре, к созданию управляемых на клеточном уровне систем.
Ключевым элементом данной работы является использование ДНК-нанотехнологий, которые позволяют создавать наноразмерные транспортные каналы, достаточные для проникновения крупных молекул, таких как белки, через клеточную мембрану. Эти каналы строятся с использованием ДНК-оригами – метода складывания длинных цепей ДНК в нужные структуры с помощью коротких ДНК-скоб. Получившиеся конструкции представляют собой перенастраиваемых нанороботов, способных менять свою форму по заданной программе.
Гигантские однослойные везикулы (ГУВ) используются как модельные системы, имитирующие биологические клеточные мембраны. Они представляют собой пузырьки, состоящие из липидного бислоя, окружающего водный раствор. ГУВ являются ценным инструментом для изучения динамики мембран, взаимодействия белков и поведения липидов.
Разработанные ДНК-нанороботы могут быть запрограммированы на взаимодействие с синтетическими клетками, вызывая деформации ГУВ и формирование транспортных каналов в их мембранах. Эти каналы позволяют крупным молекулам проникать через мембрану, причём их можно при необходимости «закрыть» обратно. Данная способность открывает новые возможности для точного управления переносом веществ.
Новизна подхода заключается в возможности задавать форму и конфигурацию ГУВ, используя ДНК-нанороботов. Примечательно, что ученые смогли создать транспортные каналы, которые не имеют прямых биологических аналогов в живых клетках. Это делает синтетические платформы, основанные на ДНК-нанотехнологиях, потенциально более простыми и гибкими, чем их биологические аналоги.
Значительный потенциал имеет применение этой технологии в терапевтических целях. Система позволяет эффективно доставлять молекулы в клетки через программируемые каналы. Это может быть использовано для адресной доставки терапевтических белков или ферментов непосредственно к мишеням внутри клеток, что открывает перспективы для лечения различных заболеваний и разработки новых способов введения лекарств.
Работа, опубликованная в журнале Nature Materials в 2025 году (DOI: 10.1038/s41563-024-02075-9), за авторством Sisi Fan и др., представляет собой важный шаг к созданию полностью контролируемых искусственных клеток. В будущих исследованиях необходимо будет изучить взаимодействие ДНК-нанороботов с живыми клетками, что позволит расширить сферу применения данной технологии.
Липидные бислои, из которых состоят мембраны ГУВ, ограничивают водную среду. Короткие последовательности ДНК, которые связывают ДНК-оригами, называются скобами. Работа профессоров Лауры На Лю, Стефана Нуссбергера и Хао Яна может произвести революцию в синтетической биологии и терапевтической доставке.
Изображение носит иллюстративный характер
Ключевым элементом данной работы является использование ДНК-нанотехнологий, которые позволяют создавать наноразмерные транспортные каналы, достаточные для проникновения крупных молекул, таких как белки, через клеточную мембрану. Эти каналы строятся с использованием ДНК-оригами – метода складывания длинных цепей ДНК в нужные структуры с помощью коротких ДНК-скоб. Получившиеся конструкции представляют собой перенастраиваемых нанороботов, способных менять свою форму по заданной программе.
Гигантские однослойные везикулы (ГУВ) используются как модельные системы, имитирующие биологические клеточные мембраны. Они представляют собой пузырьки, состоящие из липидного бислоя, окружающего водный раствор. ГУВ являются ценным инструментом для изучения динамики мембран, взаимодействия белков и поведения липидов.
Разработанные ДНК-нанороботы могут быть запрограммированы на взаимодействие с синтетическими клетками, вызывая деформации ГУВ и формирование транспортных каналов в их мембранах. Эти каналы позволяют крупным молекулам проникать через мембрану, причём их можно при необходимости «закрыть» обратно. Данная способность открывает новые возможности для точного управления переносом веществ.
Новизна подхода заключается в возможности задавать форму и конфигурацию ГУВ, используя ДНК-нанороботов. Примечательно, что ученые смогли создать транспортные каналы, которые не имеют прямых биологических аналогов в живых клетках. Это делает синтетические платформы, основанные на ДНК-нанотехнологиях, потенциально более простыми и гибкими, чем их биологические аналоги.
Значительный потенциал имеет применение этой технологии в терапевтических целях. Система позволяет эффективно доставлять молекулы в клетки через программируемые каналы. Это может быть использовано для адресной доставки терапевтических белков или ферментов непосредственно к мишеням внутри клеток, что открывает перспективы для лечения различных заболеваний и разработки новых способов введения лекарств.
Работа, опубликованная в журнале Nature Materials в 2025 году (DOI: 10.1038/s41563-024-02075-9), за авторством Sisi Fan и др., представляет собой важный шаг к созданию полностью контролируемых искусственных клеток. В будущих исследованиях необходимо будет изучить взаимодействие ДНК-нанороботов с живыми клетками, что позволит расширить сферу применения данной технологии.
Липидные бислои, из которых состоят мембраны ГУВ, ограничивают водную среду. Короткие последовательности ДНК, которые связывают ДНК-оригами, называются скобами. Работа профессоров Лауры На Лю, Стефана Нуссбергера и Хао Яна может произвести революцию в синтетической биологии и терапевтической доставке.
