Впервые ученые разработали сложный биологический процесс трансляции в дизайнерскую органеллу в живой клетке млекопитающего. В исследованиях группы Лемке в Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в сотрудничестве с JGU Mainz и IMB Mainz этот метод был использован для создания безмембранной органеллы, которая может строить белки из природных и синтетических аминокислот, обладающих новой функциональностью. Их результаты, опубликованные в журнале Science 29 марта, позволяют ученым более подробно изучать, адаптировать и контролировать клеточную функцию.
Во время эволюции развитие новых органелл позволяет клеткам и организмам становиться более сложными из-за способности сортировать клеточные процессы в определенные горячие точки. «Наш инструмент можно использовать для разработки трансляции, а потенциально и других клеточных процессов, таких как транскрипция и посттрансляционные модификации. Это может даже позволить нам создавать новые типы органелл, которые расширяют функциональный репертуар естественных сложных живых систем», - объясняет Кристофер Рейнкемайер., аспирант EMBL и JGU Mainz и соавтор статьи. «Мы могли бы, например, включить флуоресцентные строительные блоки, которые позволяют заглянуть внутрь клетки с помощью методов визуализации».
Органелла может производить белки, используя синтетические неканонические аминокислоты. В настоящее время известно более 300 различных неканонических аминокислот, по сравнению с 20 встречающимися в природе. Мы больше не ограничены последними», - говорит соавтор Джемма Эстрада Жирона. «Новинка, которую мы вводим, - это возможность использовать их в ограниченном пространстве, органелле, что сводит к минимуму воздействие на хозяина».
Шаткие органеллы без стенок
Трансляция - настолько сложный процесс, что он не может уместиться в одной-единственной органелле, окруженной мембраной. Таким образом, вдохновение было получено из разделения фаз: процесса, ответственного за образование безмембранных органелл in vivo, таких как ядрышки или стрессовые гранулы. Разделение фаз используется клетками для локальной концентрации определенных белков и РНК. Несмотря на то, что эти бесстеночные органеллы имеют нечеткие границы, поскольку они динамически взаимодействуют с окружающей цитоплазмой, они все же могут выполнять очень точные задачи. Команда комбинирует фазовое разделение с клеточным нацеливанием, чтобы создать свою безмембранную органеллу и убедиться, что формируется только одна органелла на клетку.
В конце концов, чтобы построить клетку, нужно добавить всего пять новых компонентов. Сборка этих компонентов создает большую структуру, которая может создавать некоторую нагрузку на клетку. В будущем группа намерена разработать минимальные дизайнерские органеллы, чтобы свести к минимуму любое влияние на физиологию здорового организма.
Эдвард Лемке - руководитель приглашенной группы в EMBL, профессор JGU Майнца и заместитель директора IMB - руководил проектом. Он заключает: «В конце концов, мы стремимся разработать метод создания синтетических клеточных органелл и белков, которые вообще не влияют на механизмы хозяина. Мы хотим создать инструмент, который не имеет каких-либо нехарактерных эффектов. Органелла должна быть простое дополнение, которое позволяет организмам делать новые вещи, разработанные по индивидуальному заказу, контролируемым образом."