Ученым из Базельского университета удалось организовать сферические отсеки в кластеры, имитируя способ, которым природные органеллы создают сложные структуры. Им удалось соединить синтетические отсеки, создав между ними мосты из ДНК. Это представляет собой важный шаг к реализации так называемых молекулярных фабрик. Журнал Nano Letters опубликовал их результаты.
Внутри клетки есть специализированные компартменты, называемые органеллами, например ядро, митохондрии, пероксисомы и вакуоли, которые отвечают за определенные функции клетки. Почти все сложные биологические функции клеток реализуются посредством самоорганизации - процесса, в ходе которого молекулы принимают определенное расположение, основанное на их специфических конформациях и свойствах, без внешнего руководства.
Использование самоорганизации нанообъектов в сложные архитектуры является основной стратегией производства новых материалов с улучшенными свойствами или функциональными возможностями в таких областях, как химия, электроника и технологии. Например, эта стратегия уже применялась для создания сетей неорганических твердых наночастиц. Однако до сих пор эти сети не могли имитировать сложные структуры, которые выполняют биологические функции внутри клеток и, таким образом, имеют потенциальное применение в медицине или биологии..
ДНК-мосты дают стабильность
Совместное исследование групп под руководством профессоров Корнелии Паливан и Вольфганга Мейера предлагает новый подход к самоорганизации искусственных органелл в кластеры, который имитирует связь между их естественными аналогами. Используя отдельные нити ДНК для соединения сферических компартментов, ученым удалось создать кластеры в соответствии с определенной архитектурой и контролируемыми свойствами. «Мы были взволнованы, увидев, что разные нити ДНК на поверхности сферического компартмента мигрируют вместе и образуют мостик с нитями ДНК из следующего отсека», - говорит Паливан. Этот ДНК-мост представляет собой чрезвычайно стабильное соединение.
Эта стратегия, вдохновленная природой, выходит за рамки фактических подходов к самоорганизации, поскольку она также позволяет интегрировать различные требования, такие как точная настройка расстояния между отсеками или различные топологии «по запросу». В качестве компартментов ученые использовали полимерсомы с синтетической мембраной, которая, в отличие от липосом, имеет большое преимущество: она очень стабильна и контролирует слияние отдельных компартментов внутри клетки.
Дополнительным уникальным преимуществом этой стратегии организации нанокластеров является тот факт, что отсеки могут быть загружены реакционными партнерами, такими как ферменты, белки или катализаторы. Это дает основу для дальнейшей разработки искусственных органелл, служащих молекулярными фабриками. Это исследование было проведено в Национальном центре компетенций в области исследований (NCCR) Molecular Systems Engineering.