Pētnieki no Ziemeļkarolīnas universitātes Chapel Hill ir veiksmīgi konstruējuši laboratorijā funkcionālas mākslīgās šūnas ar ieprogrammētu DNS, kas uzvedas kā dzīvas. Frīmena laboratorija ir izstrādājusi šūnas ar funkcionāliem citoskeletiem, izmantojot jaunu pieeju, kas apiet dabiski sastopamos proteīnus.
Ronita Frīmena un viņas komanda ir pierādījušas savus panākumus, manipulējot ar DNS un olbaltumvielām, kas ir dzīvības pamatelementi, lai radītu mākslīgas šūnas, kas ļoti līdzinās cilvēka ķermenī atrodamajām šūnām. Pēc Frīmena teiktā, sintētiskās šūnas bija stabilas pat 50°C temperatūrā. Tas paver "iespēju ražot šūnas ar neparastām spējām vidē, kas parasti nav piemērota cilvēka dzīvībai".
Tā vietā, lai radītu materiālus, kas ilgs, Frīmen saka, ka to materiāli ir radīti kādam uzdevumam – veic noteiktu funkciju, un pēc tam tiek pārveidoti, lai veiktu jaunu funkciju. Šim sasniegumam ir ievērojamas perspektīvas reģeneratīvās medicīnas, zāļu ievadīšanas metožu un diagnostikas tehnoloģiju attīstībā. "Pateicoties šim atklājumam, mēs varam domāt par inženierijas audumiem vai audumiem, kas var būt jutīgi pret izmaiņām vidē un uzvesties dinamiski," saka Frīmens.
Šūnas un audi paļaujas uz olbaltumvielām, lai veiktu dažādus uzdevumus un izveidotu dzīvībai svarīgas struktūras. Viena no šādām struktūrām, citoskelets, kalpo kā šūnas karkass, ļaujot tai pareizi darboties. Citoskelets ir ļoti svarīgs, lai saglabātu šūnu formu un veicinātu reakciju uz vidi. Komanda izstrādāja mākslīgās šūnas ar funkcionāliem citoskeletiem, izmantojot jaunu pieeju, kas apiet dabiskos proteīnus. Viņi ir izstrādājuši progresīvu tehnoloģiju, ko sauc par programmētu peptīdu DNS tehnoloģiju. Šī metode organizē sadarbību starp peptīdiem, proteīnu pamatelementiem un apstrādātu ģenētisko materiālu, lai izveidotu citoskeletu. Rezultātā šīs inženierijas šūnas var pielāgot savu formu un reaģēt uz vides signāliem, parādot sintētiskās bioloģijas ievērojamo potenciālu.
"DNS parasti neparādās citoskeletā. Mēs pārprogrammējām DNS secību, lai tā darbotos kā arhitektūras materiāls, kas savieno peptīdus kopā, ”sacīja Frīmens. "Kad šis ieprogrammētais materiāls tika ievietots ūdens pilē, struktūras ieguva formu."
Šī bezprecedenta spēja programmēt DNS dod zinātniekiem iespēju radīt šūnas, kas pielāgotas konkrētiem mērķiem, un pat regulēt šo šūnu reakciju uz ārējiem spriegumiem. Lai gan Freeman Lab radītajām sintētiskajām šūnām trūkst dzīvo šūnu sarežģītības, tās piedāvā paredzamības līmeni un izturību pret skarbiem apstākļiem, piemēram, ekstremālām temperatūrām.
Tā vietā, lai pievērstos izturīgu materiālu radīšanai, Frīmens uzsver šo šūnu pielāgošanās spēju – tās ir paredzētas noteiktu funkciju veikšanai un pēc tam pielāgojas jauniem uzdevumiem.
Iekļaujot dažādas peptīdu vai DNS konstrukcijas, šos materiālus var pielāgot, lai programmētu šūnas audos vai audos. Šī daudzpusība paver iespējas integrācijai ar citām sintētisko šūnu tehnoloģijām, potenciāli mainot tādas jomas kā biotehnoloģija un medicīna.
"Šis pētījums palīdz mums saprast, no kā sastāv dzīve," saka Frīmens. "Šī sintētisko šūnu tehnoloģija ļaus mums ne tikai atkārtot to, ko dara daba, bet arī radīt materiālus, kas ir pārāki par bioloģiskajiem."
Lasi arī: