Биоинженеры впервые создали искусственные органеллы в бактериях
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, описывает новый подход к управлению внутренней организацией живых клеток. Ученые впервые показали, что искусственно созданные молекулы РНК способны самостоятельно собираться в структуры, напоминающие органеллы, внутри бактерии Escherichia coli.
Работу возглавил профессор Лоренцо Ди Микеле совместно с междисциплинарной командой физиков и биоинженеров.
Зачем бактериям «искусственные комнаты»
В клетках высших организмов многие процессы происходят в органеллах — своеобразных «отсеках», где молекулы концентрируются и взаимодействуют эффективнее. У бактерий такой развитой внутренней архитектуры нет.
Исследователи решили восполнить этот пробел и создать в бактериальной клетке аналог внутренних отсеков, предположив, что это поможет точнее контролировать биохимические реакции. В перспективе это важно для биопроизводства, например синтеза терапевтических белков или ферментов.
Нанозвезды из РНК как молекулярный конструктор
Ключевым элементом стали так называемые РНК-нанозвезды — молекулы с четырьмя «лучами». Они спроектированы так, чтобы соединяться друг с другом через комплементарные участки, подобно деталям конструктора.
Когда клетки начинали синтезировать такие молекулы, внутри бактерий формировались плотные конденсаты. По своим свойствам они напоминали безмембранные органеллы — структуры, возникающие благодаря фазовому разделению, когда молекулы собираются в отдельные капли без оболочки.
Флуоресцентные эксперименты показали, что эти структуры могут появляться и исчезать при изменении температуры. Это свидетельствует о контролируемости процесса и его обратимости.
Захват белков по заказу
Особый интерес вызвал следующий шаг. На один из «лучей» нанозвезды исследователи добавили аптамер — короткую последовательность РНК, способную избирательно связывать нужные белки.
В результате флуоресцентные белки стали накапливаться внутри искусственных органелл. Фактически ученые продемонстрировали способ «собирать» заданные молекулы в определенной точке клетки.
«Речь идет об использовании РНК-нанотехнологий для создания синтетических органелл в бактериях, которые иначе бы их не имели. Это может быть очень полезно для биопроизводства, включая производство и очистку синтетических белков, полезных в самых разных областях, от терапии до биотехнологических исследований», — отметил Ди Микеле.
Где это может пригодиться
Практический смысл работы — в повышении эффективности клеточных фабрик, то есть бактерий, которые специально заставляют производить полезные вещества. Когда ферменты и исходные молекулы собираются в одном месте внутри клетки, реакции идут быстрее, а нужное соединение меньше рассеивается по цитоплазме. Это упрощает и его извлечение.
Кроме биотехнологии, подход может оказаться полезным для фундаментальной биологии. Искусственные органеллы позволяют изучать клеточную организацию в упрощенной и контролируемой форме.
Искусственную молекулу ДНК собрали на несуществующих в природе связях
