Исследователи из Базельского университета преуспели в разработке молекулярных фабрик, имитирующих природу. Для этого они загрузили искусственные органеллы внутрь естественных волдырей (везикул) микрометрового размера, созданных клетками. Эти молекулярные фабрики остаются нетронутыми даже после инъекции животной модели и не проявляют токсичности, как сообщает команда в научном журнале Advanced Science.
Внутри клеток собраны настоящие биологические фабрики, молекулы жизни. Сборочные линии клеток представляют собой небольшие отсеки, называемые органеллами, где либо внутри, либо между ними происходит множество разнообразных химических реакций. Для медицинских целей в идеале можно было бы использовать молекулярные фабрики, действующие как искусственные клетки, для производства недостающих или необходимых молекул или лекарств.
Мягкие синтетические капсулы
Сотрудничество между химическим факультетом Базельского университета, Швейцарским институтом нанотехнологий и NCCR Molecular Systems Engineering сделало возможным успешное развитие таких молекулярных заводов. Во-первых, исследователи под руководством профессора Корнелии Паливан и профессора Вольфганга Мейера разработали искусственные органеллы, то есть отдельные отсеки клеток. Они нагрузили эти мягкие синтетические капсулы ферментами и снабдили их мембранными белками, которые действуют как «ворота». Эти ворота позволяют молекулам, участвующим в ферментативной реакции, входить и выходить из капсулы.
Впоследствии естественные клетки были подпитаны этими искусственными органеллами. После стимуляции клетки образовывали естественные везикулы микрометрового размера. Они обладают естественной клеточной мембраной и цитоплазмой, содержат искусственные органеллы и поэтому могут функционировать как молекулярная фабрика.
Эмбрионы рыбы-зебры как животная модель
Молекулярные фабрики были введены в эмбрионы рыбок данио исследователями из группы под руководством профессора Йорга Хувилера (Фармацевтический центр Базельского университета). В этой животной модели они произвели желаемое соединение, катализируемое ферментом искусственной органеллы. Инъекция не повлияла на жизнеспособность животного.
«Эта комбинация природных везикул и небольших синтетических органелл - это то, что создает молекулярную фабрику: реакции, происходящие внутри, производят конечный продукт, как и внутри клеток», - объясняют д-р Томаз Эйнфальт и д-р Мартина Гарни. первые авторы статьи.
На молекулярных фабриках можно изготовить несколько компонентов и собрать их в конечный продукт. Биосинтетические везикулы также могут переносить компоненты из одной клетки в другую. Различные молекулярные фабрики могут быть объединены для создания сложных структур с высокой функциональностью - первый шаг к созданию искусственных клеток в лаборатории или в живых организмах.