Внутри клеток, настоящих биологических фабрик, собраны молекулы жизни. Линии сборки клеток представляют собой небольшие отсеки, называемые органеллами, в которых происходит большое количество разнообразных химических реакций внутри них или между ними. В медицинских целях идеально подходят молекулярные фабрики, действующие как искусственные клетки – для производства недостающих или необходимых молекул или лекарств.
Мягкие синтетические капсулы
Сотрудничество между кафедрой химии Базельского университета, Швейцарским институтом нанонаук и NCCR Molecular Systems Engineering сделало возможным успешное развитие таких молекулярных фабрик.
Во-первых, исследователи под руководством профессора Корнелии Паливан и профессора Вольфганга Мейера разработали искусственные органеллы, то есть отдельные части клеток. Они загрузили эти мягкие синтетические капсулы ферментами и снабдили их мембранными белками, которые действуют как «ворота»."Эти ворота позволяют молекулам, участвующим в ферментативной реакции, входить в капсулу и покидать ее.
Впоследствии естественные клетки питались этими искусственными органеллами. После стимуляции клетки образовывали естественные везикулы микрометрового размера.
Они обладают естественной клеточной мембраной и цитоплазмой, заключают в себе искусственные органеллы и, следовательно, могут функционировать как молекулярная фабрика.
Эмбрионы рыб зебры как модель животного
Молекулярные фабрики были введены в эмбрионы рыб-зебр исследователями из группы, возглавляемой профессором Йоргом Хувайлером (Pharmazentrum Базельского университета).
В этой животной модели они продуцировали желаемое соединение, которое катализировалось ферментом в искусственной органелле. Инъекция не повлияла на жизнеспособность животного.
«Эта комбинация натуральных везикул и небольших синтетических органелл – вот что делает молекулярную фабрику: реакции, которые происходят внутри, производят конечный продукт, как и внутри клеток», – объясняет доктор. Томаз Эйнфальт и доктор.
Мартина Гарни, первые авторы статьи.
На молекулярных фабриках можно изготавливать несколько компонентов и собирать их в конечный продукт.
Биосинтетические везикулы также могут переносить компоненты от одной клетки к другой. Различные молекулярные фабрики можно комбинировать, чтобы создавать сложные структуры с высокой функциональностью – первый шаг к созданию искусственных клеток в лаборатории или в живых организмах.