«Белок бессмертия» тихоходок помог оживить синтетические клетки после полного высушивания
Исследователи из инженерного колледжа Мичиганского университета и Школы молекулярной инженерии Притцкера при Чикагском университете представили инновационный метод сохранения биологических систем. Изучая тихоходок (tardigrades), известных своей экстремальной выносливостью, учёные обнаружили механизм, позволяющий защищать синтетические клетки от гибели при дегидратации.
Тихоходки способны выживать в условиях полного обезвоживания благодаря формированию внутри их клеток защитных структур, которые поддерживают целостность биологических мембран. Как только в среду попадает вода, эти структуры растворяются, и клетка возвращается к нормальному функционированию. Ключевую роль в этом процессе играет белок CAHS12 (Cytoplasmic Abundant Heat-Soluble protein), который пока что был обнаружен только у этих существ.
В рамках исследования учёные создали синтетические клетки на основе липидов, белков и нуклеиновых кислот, внедрив в них белок CAHS12. Чтобы проверить выживаемость «микрофабрик», в них также поместили «генетическую инструкцию», ДНК, для синтеза красного флуоресцентного белка. После процесса дегидратации и последующего добавления воды (регидратации) синтетические клетки начали светиться под микроскопом. Это доказало, что внутренняя машинерия клетки сохранила способность считывать ДНК и производить сложные молекулы даже после экстремального высушивания.
Иллюстрация: Nano BananaМолекулярное моделирование раскрыло детальный механизм работы белка. Выяснилось, что CAHS12 обладает участками, которые притягиваются как к водной среде, так и к жировым молекулам мембраны. В обычном состоянии белки свободно плавают внутри клетки, но по мере испарения воды они начинают концентрироваться у мембраны, сцепляясь друг с другом. Это запускает цепную реакцию, в результате которой образуется трёхмерная гелевая сеть, стабилизирующая поверхность и содержимое клетки.
Профессор механической и биомедицинской инженерии Аллен Лю (Allen Liu) подчёркивает, что CAHS12 защищает не только оболочку, но и биологическую активность внутреннего содержимого. Это имеет стратегическое значение для современной биотехнологии, где транспортировка хрупких продуктов — вакцин, ферментов и биосенсоров — является «узким местом» из-за необходимости постоянного охлаждения. Перевод биологических систем в состояние «анабиоза» позволит доставлять их конечному потребителю дешевле и проще.
Научный сотрудник Йонгкан Си (Yongkang Xi) отмечает, что успех эксперимента показывает реальный способ создания мобильных «микрофабрик», способных производить лекарства прямо на месте использования или доставлять их в конкретные органы пациента. Внедрение белков тихоходок фактически позволяет «замораживать» жизнь биологических систем без реального холода, активируя их простым добавлением воды.
Подробные данные о самосборке белковой матрицы, полученные с помощью компьютерных симуляций, помогут в будущем проектировать новые синтетические белки с заданными защитными свойствами. Это позволит адаптировать технологию для хранения ещё более сложных биологических материалов.
Учёные уверены, что адаптация механизмов выживания тихоходок для нужд медицины и экологии станет одним из ключевых направлений развития биоинженерии в ближайшие годы. Переход к хранению при комнатной температуре может радикально снизить стоимость медицинских технологий и сделать их доступными в самых удалённых регионах мира.
© iXBT
