Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Биомолтекст2020
  • vsh25
  • Vitacoin

Хищные протоклетки

Искусственные протоклетки научились охотиться друг на друга

Александр Ершов, N+1

Химики из Университета Бристоля разработали систему микроскопических водорастворимых частиц, так называемых протоклеток, которые могут охотиться и нападать друг на друга. Предполагается, что исследования протоклеток могут привести к созданию принципиально новых технологий для химической промышленности и фармацевтики, также могут быть использованы для устранения последствий разливов нефти или создания вычислительных химических систем. Описание работы бристольских ученых опубликовано в Nature Chemistry (Qiao et al., Predatory behaviour in synthetic protocell communities).

Исследования протоклеток находятся на стыке коллоидной химии и биоинженерии. Этим термином называют микрочастицы очень разного состава, однако всех их объединяет способность проявлять свойства, напоминающие живые клетки. Например, протоклетки уже использовались для синтеза белка (в них упаковывают природную систему синтеза, выделенную из живых клеток), для закрепления на мембранах природных ферментов и селективных белков-каналов, для организации химического «общения» между коллоидными частицами и бактериями. Предполагается, что в будущем протоклетки смогут заполнить функциональную нишу между классическими химическими катализаторами и живыми бактериями, которые используются в биотехнологии. По сравнению с последними работа протоклеток должна быть гораздо более предсказуемой и они, возможно, будут способны функционировать в таких жестких условиях, где бактерии погибают.

Однако до сих пор исследования протоклеток были сосредоточены прежде всего на индивидуальных частицах, на том, чтобы наделить каждую из них все более и более сложными функциями. В новой работе авторы решили использовать другой подход – исследовать возможности коллективного поведения частиц. Для этого химики разработали систему из двух типов протоклеток, один из которых должен был «охотиться» на другой.

protocells1.jpg
Протоклетки-«добыча» во флюоресцентном микроскопе

Два типа частиц устроены следующим образом. «Охотники» представляли собой коацерватные капли полимера PDDA с присоединенном к нему энергетической молекулой АТФ, на котором была закреплена протеиназа К (фермент, который часто используется для неспецифического гидролиза белка). В роли «добычи» выступали микрочастицы с оболочкой из молекул бычьего сывороточного альбумина (простой и дешевый «стандартный белок» биохимии), сшитые друг с другом химическим путем. Внутри этих микрочастиц были упакованы молекулы наполнителя: полимер декстран или фрагменты ДНК.

Поскольку два типа частиц имели на поверхности противоположный электрический заряд («охотники» положительный, а «добыча» отрицательный), в растворе они притягивались друг к другу. Как только два типа частиц вступали в контакт, протеиназа К начинала «поедать» белковую оболочку другой частицы и ее содержимое выходило в раствор – за процессом авторы наблюдали с помощью оптического микроскопа и клеточного сортера. На то, чтобы полностью разрушить «добычу», «частице-охотнику» в среднем требовалось не более 60 минут. При этом не все содержимое первой частицы уходило в раствор, частично оно растворялось в коацерватной капле с протеиназой. После поглощения первой «добычи» частицы могли продолжать «охоту» дальше. Интересно, что на основе последующего анализа содержимого каждой индивидуальной частицы «охотника» можно было восстановить всю история ее «питания».

protocells2.png
Строение частицы-охотника и частицы-добычи, а также процесс их слияния
и результирующая частица-охотник с фрагментами «добычи».
Рисунок из статьи в Nature Chemistry.

Главным выводом своей статьи авторы считают возможность создания систем протоклеток, которые могли бы не выполнять сложные функции самостоятельно, а заниматься «разделением труда» и специализироваться на отдельных реакциях. Можно ожидать, что создание таких систем будет процессом технологически более простым, чем попытки приблизить коллоидные частицы к настоящим клеткам на индивидуальном уровне.

Необычные применения коллоидных частиц не ограничиваются созданием биомиметических протоклеток. Так, недавно российские химики представили систему логических элементов (вентилей) на основе микро- и наночастиц. Потенциально, эти вентили могут быть использованы для вычислений в растворе или для создания «умной» системы управления химическими реакциями. Другая группа химиков, на этот раз из США, использовала кластеры коллоидных частиц в качестве «жидкого» носителя информации. Данные в ней записываются в форме кластеров, которые образуют частицы, соединяясь друг с другом.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 07.10.2016

Читать статьи по темам:

молекулярная биология Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

«Нобелевка» по медицине – 2016: подробности

Аутофагия, за изучение которой вручена премия в этом году, – это совокупность процессов, позволяющих клетке при помощи лизосом избавляться от скоплений внутриклеточного «мусора».

читать

Назван лауреат Нобелевской премии по медицине

Нобелевскую премию по физиологии и медицине получил Йосинори Осуми за раскрытие механизма аутофагии, процесса переработки ненужных частей клетки внутри лизосом или вакуолей.

читать

Астронавты провели первое секвенирование ДНК в космосе

Необычный эксперимент, поставленный на борту МКС, подтвердил работоспособность портативного секвенатора в условиях микрогравитации.

читать

Медико-биологические эксперименты на МКС

В числе прочих грузов космический корабль Dragon доставит на Международную космическую станцию оборудование для проведения трёх экспериментов в области наук о жизни.

читать

Чем питается глиома?

Ученые из британского Университета Ньюкасла совершили прорыв в понимании причин роста смертельной опухоли мозга – как выяснилось, клетки глиомы используют для своего роста жиры.

читать