Cercetătorii de la UCLA dezvoltă organelle artificiale programabile utilizând ARN
În mod similar cu modul în care corpul uman depinde de organe precum inima sau ficatul pentru funcții esențiale, celulele se bazează pe propriile lor organelle, care îndeplinesc sarcini vitale, inclusiv transportul nutrienților, eliminarea deșeurilor și reglementarea activității genetice.
O echipă de cercetători de la UCLA a creat o nouă metodă pentru a construi organelle artificiale programabile în interiorul celulelor vii, folosind ARN atât ca material, cât și ca plan. Această abordare le permite cercetătorilor să proiecteze compartimente celulare asemănătoare picăturilor, care se asamblează într-un mod previzibil și pot fi controlate în ceea ce privește modul și locul în care se formează, precum și moleculele pe care le atrag. Un studiu care descrie această nouă metodă a fost publicat pe 29 aprilie în „Nature Nanotechnology”.
Unele organelle sunt închise în membrane, dar altele sunt clustere de proteine și ARN fără membrană, cunoscute sub numele de condensate biomoleculare. Aceste structuri se formează la nevoie și acționează ca spații de lucru temporare unde moleculele se adună pentru a desfășura funcții specifice mai eficient. Condensatele artificiale au apărut ca un instrument promițător în biologia sintetică, oferind o modalitate de a reorganiza mediul intern al celulei și de a direcționa reacțiile chimice și activitatea genică.
Deosebit de important este faptul că, spre deosebire de metodele anterioare care se bazează pe proteine care se agregă în mod natural, această metodă codifică instrucțiunile de asamblare direct în secvența și structura ARN-ului, permițând proiectarea condensatelor cu reguli precise de interacțiune și proprietăți ajustabile.
Acest studiu reprezintă un pas important spre ingineria arhitecturală a interiorului celular. Prin utilizarea ARN-ului ca material de construcție, putem crea compartimente personalizabile în interiorul celulelor, folosind mai puține resurse celulare decât metodele bazate pe proteine.
Pentru a stimula formarea condensatelor, cercetătorii au proiectat fire scurte de ARN care se pliază în structuri denumite „nanostelute”, fiecare având trei sau mai multe brațe. La vârful acestor brațe se află secvențe complementare cunoscute sub numele de „buclă de sărut”, care se leagă între ele și permit nanostelutelor să se asambleze în rețele mai mari. Deoarece ARN-ul respectă reguli previzibile de împerechere a bazei, structurile pot fi programate să se formeze în moduri specifice.
Echipa a demonstrat, de asemenea, abilitatea de a ajusta dimensiunea, compoziția și locația condensatelor. Prin modificarea numărului și lungimii brațelor nanostelutelor sau a puterii interacțiunilor lor, cercetătorii au putut schimba locul în care se formează condensatele în interiorul celulei, inclusiv între citoplasmă și nucleu, unde acestea îndeplinesc diferite funcții.
„Putem controla modul și locul în care aceste picături de ARN se formează și ce atrag, creând efectiv noi camere temporare în interiorul celulei, dotate cu instrumente moleculare selectate”, a declarat primul autor al studiului, Shiyi Li.
Pe măsură ce tehnologia se dezvoltă, aceste condensate programabile ar putea permite crearea de organelle sintetice în celulele vii cu funcții biologice specializate, deschizând noi posibilități în nanomedicină, genetică și inginerie celulară.
Alți autori ai lucrării includ pe Neil Lin, Kathrin Plath, Melody Li și Douglas Black, împreună cu Dino Osmanovic, Anli Tang, Wen Xiao, Eric Payson, Alexandra Bermudez, Maria Nieto, Yuna Kim, Kevin Wang, Madison Yang și Diego Dilao.
Cercetarea a fost finanțată de National Science Foundation, Alfred P. Sloan Foundation și National Institutes of Health.
