Исследователи из испанского Института биоинженерии Каталонии (IBEC) создали самую простую в мире искусственную сферу, способную к химической навигации — перемещению к определенным веществам, подобно живым клеткам. Это открытие, опубликованное в Science Advances, демонстрирует, как можно запрограммировать микроскопические пузырьки, называемые везикулами, на движение по химическим следам. Расшифровка их перемещений позволит в будущем создавать системы адресной доставки лекарств.
Способность организмов целенаправленно перемещаться является одним из важнейших факторов эволюционного развития. Ключевое значение здесь имеет явление хемотаксиса — перемещения в ответ на воздействие химических сигналов. Благодаря этому механизму бактерии обнаруживают питание, лейкоциты направляются к местам воспаления, а сперматозоиды находят яйцеклетку. Хемотаксис обеспечивает движение клеток к благоприятным условиям среды и уклонение от неблагоприятных воздействий.
Для осуществления эффективной навигации живые клетки оснащены сложными механизмами, включающими подвижные структуры вроде жгутиков и обширные сигнальные сети, что затрудняет понимание базовых физических законов, управляющих движением организмов. Для изучения этого процесса ученые прибегли к методам синтетической биологии, создав упрощенные модели искусственных систем, воспроизводящих ключевые аспекты поведения живых клеток.
Они поместили ферменты глюкозооксидазу или уреазу в везикулы на основе липидов, называемых липосомами, чтобы преобразовать глюкозу и мочевину в соответствующие конечные продукты. Затем липосомы были модифицированы путем добавления необходимого мембранного порового белка. Он действует как канал, через который субстраты попадают в синтетическую клетку, а продукты реакций выходят из нее.
В общей сложности исследователи проанализировали перемещение более чем 10 тыс. везикул с разным количеством пор и сравнили их с траекториями контрольных искусственных клеток без пор. Эксперимент показал, что по мере увеличения количества пор меняется направление движения везикул в сторону с более высокой концентрацией субстрата.
Искусственная модель продемонстрировала минималистичную, но эффективную природу механизмов клеточной навигации, и позволила по-новому взглянуть на происхождение и эволюцию хемотаксиса в биологических системах.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что полисахарид из морских бактерий выжигает раковые клетки.
