Ученым из Университета Северной Каролины-Чапел-Хилл удалось создать клетки, которые выглядят и функционируют как клетки живого организма, манипулируя ДНК и пептидами. Ученые перепрограммировали ДНК так, чтобы она связывала пептиды, строительные блоки белков, друг с другом. В итоге формировался искусственный цитоскелет — каркас клетки.

Искусственные клетки, в отличие от живых, более предсказуемы и устойчивы к неблагоприятным условиям, например, высоким температурам. Кроме того, их можно модифицировать под конкретные задачи. Это открытие имеет значение для таких областей, как регенеративная медицина, доставка лекарств и диагностика.

Клетки и ткани состоят из белков, которые объединяются для выполнения задач и создания структур. Белки необходимы для формирования каркаса клетки — цитоскелета. Без него клетки не смогли бы функционировать. Цитоскелет обеспечивает гибкость клеток как по форме, так и по способности реагировать на окружающую среду.

Ученые совершили прорыв, создав искусственные клетки с функциональными цитоскелетами без использования натуральных белков. Эти цитоскелеты способны менять форму и реагировать на окружающую среду. Для достижения этого ученые использовали новую технологию программируемых пептидов и ДНК. Пептиды — это строительные блоки белков, а перепрограммированная ДНК направляет их взаимодействие, позволяя сформировать искусственный цитоскелет.

Обычно ДНК не встречается в составе цитоскелета. Ученые же перепрограммировали последовательности ДНК так, чтобы она действовала как строительный материал, связывая пептиды друг с другом. После помещения этого запрограммированного материала в каплю воды, структуры автоматически формировались.

Возможность программировать ДНК означает, что ученые могут создавать клетки для выполнения определенных функций и даже тонко настраивать реакцию клетки на внешние стрессоры. Живые клетки, безусловно, сложнее синтетических, однако они также более непредсказуемы и менее устойчивы к суровым условиям среды, например, к экстремальным температурам. Синтетические клетки, в свою очередь, были стабильны даже при температуре 50 °C. Это открывает возможность производства клеток с исключительными возможностями в средах, обычно неподходящих для жизни человека.

В отличие от традиционных материалов, созданных для долговечности, лаборатория университета разрабатывает материалы «под задачу». Такие материалы выполняют конкретную функцию, а затем трансформируются для выполнения новой. Их применение можно настраивать, добавляя различные пептидные или ДНК-конструкции для программирования клеток, встроенных непосредственно в материалы, например, биологические или синтетические ткани. Эти инновационные материалы могут взаимодействовать с другими технологиями на основе синтетических клеток, открывая огромный потенциал для революционных изменений в биотехнологии и медицине.