Если бы ученые могли придать живым клеткам магнитные свойства, они, возможно, смогли бы управлять клеточной активностью с помощью внешних магнитных полей. Но предыдущие попытки намагничивать клетки, производя внутри них железосодержащие белки, приводили лишь к слабым магнитным силам. Теперь исследователи, сообщающие в Nano Letters ACS, разработали генетически закодированные белковые кристаллы, которые могут генерировать магнитные силы во много раз сильнее, чем те, о которых уже сообщалось.
Новая область магнитогенетики стремится использовать генетически кодируемые белки, чувствительные к магнитным полям, для изучения клеток и управления ими. Во многих предыдущих подходах использовался природный белок для хранения железа, называемый ферритином, который может самособираться в «клетку», содержащую до 4500 атомов железа. Но даже с такой большой емкостью хранения железа ферритиновые клетки в клетках генерируют магнитные силы, которые в миллионы раз недостаточны для практического применения. Чтобы резко увеличить количество железа, которое может хранить сборка белка, Бяньсяо Цуй и его коллеги хотели объединить железосвязывающую способность ферритина со свойствами самосборки другого белка, называемого Inkabox-PAK4cat, который может образовывать огромные, веретенообразные кристаллы внутри клеток. Исследователи задались вопросом, смогут ли они выровнять полые внутренние части кристаллов белками ферритина, чтобы хранить большее количество железа, которое будет генерировать значительные магнитные силы.
Чтобы создать новые кристаллы, исследователи объединили гены, кодирующие ферритин и Inkabox-PAK4cat, и экспрессировали новый белок в клетках человека в чашке Петри. Полученные кристаллы, которые вырастали примерно до 45 микрон в длину (или примерно до половины диаметра человеческого волоса) через 3 дня, не влияли на выживаемость клеток. Затем исследователи вскрыли клетки, изолировали кристаллы и добавили железо, что позволило им притягивать кристаллы с помощью внешних магнитов. Каждый кристалл содержал около пяти миллиардов атомов железа и генерировал магнитные силы, которые были на девять порядков сильнее, чем одиночные ферритиновые клетки. Внедрив кристаллы, предварительно наполненные железом, в живые клетки, исследователи смогли перемещать клетки с помощью магнита. Однако им не удалось намагнитить клетки, добавляя железо к кристаллам, уже растущим в клетках, возможно, потому, что уровень железа в клетках был слишком низким. Исследователи говорят, что эта область требует дальнейшего изучения.