Синтетические клетки научились подавать сигналы природным клеткам

Израильские и немецкие ученые создали синтетические клетки — микрочастицы, окруженные мембраной, которые могут синтезировать белок. Они экспрессировали в них люциферазу, после чего те демонстрировали флуоресценцию при добавлении люциферина. Искусственные клетки инкубировали с грибком Trichoderma atroviride, выращиваемым в темноте. Под действием света синтетических клеток грибок образовывал споры.

Credit:
123rf.com

Синтетические клетки — микрочастицы, обладающие некоторыми свойствами клеток — помогают ответить на многие вопросы, связанные с происхождением жизни. Ученые уже воспроизвели на них такие процессы, как выработка АТФ, репликация ДНК и перестройка цитоскелета. Их параметры (размер, состав) можно изменять в широких пределах, поэтому появился интерес в синтетических клетках как в средстве для диагностики и терапии. Например, синтетические бета-клетки, производящие инсулин, уже испытали в животных моделях in vivo. Важно, чтобы искусственные клетки могли взаимодействовать с клетками организма. Ученые из Израиля и Германии использовали биолюминесценцию, чтобы показать воздействие синтетических клеток на природные клетки.

Испусканию или поглощению света может препятствовать мембрана. Поэтому сначала авторы получили синтетические клетки с мембраной с оптимальными оптическими свойствами. Сначала они испытали липосомы, чьи мембраны состоят из какого-то одного фосфолипида, и отобрали основной компонент мембраны будущей клетки. Выбор других компонентов был продиктован в том числе стабильностью мембраны. После выбора состава мембраны синтетические клетки получали методом переноса эмульсии (emulsion transfer method). Внутри они содержали бактериальную систему для внеклеточного синтеза белка и ДНК, кодирующую GFP. У полученных синтетических клеток охарактеризовали морфологию и размер. Из них 85% экспрессировали GFP.

После этого в синтетических клетках экспрессировали люциферазу Renilla reniformis и модифицированную форму люциферазы Gaussia princeps. Внутренний состав клеток изменили для лучшей работы ферментов.

Для того, чтобы продемонстрировать сигналлинг между производящими свет синтетическими клетками и воспринимающими свет естественными клетками, использовали грибок Trichoderma atroviride. Он производит споры, если через период выращивания в темноте его активировать светом. T. atroviride держали в темноте в течение 48 часов, потом инкубировали с синтетическими клетками, производящими люциферазу, и люциферином. Еще через 24 часа инкубации в темноте образовывались споры. Активация репродукции грибка зависела от плотности клеток.

Также ученые продемонстрировали самоактивацию под действием флуоресценции на синтетических клетках. Сначала с помощью светочувствительного домена бактериального транскрипционного фактора EL222 увеличили транскрипцию химерного белка, а затем показали димеризацию белков, один из которых был соединен с мембранной синтетической клетки.

В этой работе люциферин вносили извне. Если инкорпорировать пути его биосинтеза в следующее поколение синтетических клеток, то они будут содержать весь сигнальный аппарат. Их можно будет использовать в терапии и диагностике в качестве независимого источника света.

Источник

Adir O., et al. Synthetic cells with self-activating optogenetic proteins communicate with natural cells // Nature Communications, 13, 2328 (2022), published April 28, 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-29871-8

Добавить в избранное

Вам будет интересно