Живые системы, такие как клетки, используют мембранные поры и каналы для транспортировки молекул, обмена сигналами и организации биохимических реакций. Эти функции возникают в результате динамического взаимодействия между молекулярными компонентами. Исследователи из Штутгартского университета (ФРГ) использовали нанотехнологии на основе ДНК для создания синтетической мембранной структуры, имитирующей такое взаимодействие.
Новая платформа позволяет осуществлять скоординированный молекулярный обмен и программируемые биохимические реакции внутри искусственной камеры. Исследование проводилось в сотрудничестве с учеными из Мичиганского университета и Университета штата Аризона и опубликовано в журнале Nature Chemistry.
Команда соединила две нанопоры на основе ДНК в синтетической клетке с помощью мембранного механизма. Активация нанопоры привела к образованию поры второго типа. Это позволило ученым контролировать молекулярный обмен и биохимические реакции внутри искусственной камеры.
В живых организмах коллективное поведение возникает благодаря непрерывной коммуникации, обратной связи и динамической регуляции на различных пространственных и временных уровнях. Объединив динамику мембран, молекулярный транспорт и программируемые наноструктуры ДНК во взаимодействующую сеть, исследователи предложили стратегию создания синтетических модулей с заданным коллективным поведением.
Платформа также служит управляемой микроскопической реакционной камерой для проведения химических реакций. Динамическая регуляция проницаемости мембраны позволяет доставлять различные молекулярные строительные блоки в контролируемой последовательности.
Исследователи смогли организовать биохимические процессы, включающие каскадные реакции ферментов для преобразования, имитирующего работу сигнальных путей и полимеризацию для имитации организации цитоскелета шпината вне клетки для контролируемой экспрессии генов, а также синтез трехмерных кристаллов ДНК в замкнутом пространстве.
Работа основана на ДНК-нанотехнологиях — области науки, которая использует ДНК не только как генетический, но и как программируемый материал. Такой подход может привести к созданию динамических архитектур на основе ДНК и клеточных мембран.
Ранее Наука Mail рассказала, что российские ученые создали цифровую лабораторию для работы с клетками.
