Это большая мечта в области науки: начать с нуля, с простых искусственных микроскопических блоков и в конечном итоге закончить чем-то гораздо более сложным: живыми системами, новыми компьютерами или разнообразными материалами. На протяжении десятилетий ученые мечтали создать искусственные строительные блоки, которые могут самостоятельно собираться в больших количествах и брать на себя новые задачи по устранению разнообразных недостатков. Исследователи из Университета Южной Дании шагнули далеко вперед, чтобы сделать эту мечту реальностью.
«Потенциал таких новых систем почти безграничен, и многие ожидают, что эти новые материалы станут основой технологий будущего», — сказал научный сотрудник кафедры химии и прикладной биологии Университета Южной Дании Майк Хадорн на конференции в Цюрихе.
Майк Хадорн и его коллеги Ева Боензли, Кристиан Соренсен, Мартин Хэнкзик из Центра фундаментальных общих технологий работали над проектом по созданию нечто функционального из примитивных строительных блоков.
«Мы использовали короткие нити ДНК в качестве «умного» клея, чтобы на предварительном этапе связать искусственные клетки (пузырьки) и новые ткани идентичных структур», — говорит доктор Майк Хадорн.
В рамках проекта «Матрица для химических информационных технологий» доктор Майк Хадорн и его коллеги показали, что короткие нити ДНК могут управлять процессом самосборки искусственных пузырьков; искусственные пузырьки могут быть связаны так, как запрограммировал человек, производящий эксперимент, и что собранные конструкции могут быть вновь воссозданы, когда срабатывает инструкция извне.
В своей научной статье, опубликованной в журнале «Ленгмюр», исследователи из Италии и Японии не только усложнили самоорганизующиеся структуры, состоящие из нескольких типов искусственных пузырьков, но также они использовали один вид пузырьков с основной клеточной структурой, полученной из бактериальных клеток. Это позволило перевести эти пузырьки в генетическую программу функционального белка.
Исследователи сумели проконтролировать функциональные возможности механизмов, которые видны невооруженным глазом, их строение напоминает естественные ткани.
Методы построения простых искусственных сооружений с использованием нитей ДНК, которые действуют как клей, позволили исследователям преодолеть недостатки в использовании методов, влияющих на проектирование структуры искусственных клеток более высокого порядка.
«Так как искусственные пузырьки напоминают природные клетки по численности и составу, они являются идеальной отправной точкой для множества открытий. Например, пузырьки могут быть применены в медицине для заживления ран. Рану необходимо будет определенным способом накрыть пузырьками, которые будут защищать не только естественные клетки, но и способствовать их делению. Таким образом, эти возрожденные природные клетки могут взять на себя защитную функцию», — объясняет Майк Хадорн.
Новые системы также ценны при изучении клеток.
«Природные организмы являются сложными. Но простые модельные системы, например, тканеподобные структуры человеческого организма, могут помочь раскрыть тайны связей и деления клеток».
Помимо применения в медицине и естественных науках, можно также использовать собранные пузырьки в виде небольших биореакторов.
«Это очень похоже на приготовление пищи, — объясняет доктор Хадорн. — Если вы готовите еду, то используете не одну емкость для приготовления. Потому что невозможно приготовить мясо, картофель, а также овощи в одной посуде. Используя различные емкости, вы убеждаетесь, что условия для подготовки каждого компонента являются оптимальными. В науке мы часто сталкиваемся с подобными проблемами, когда нужно перевести биореакторы в одну емкость. Используя микроскопические емкости (т.е. пузырьки), которые загружаются с определенным набором веществ и находятся в непосредственной близости друг к другу, можно говорить о микроскопических биореакторах, в которых открываются так называемые ворота, чтобы вещества могли проникнуть из одного пузырька в другой. Это гарантирует, что условия реакции являются оптимальными для синтеза продуктов».