Путь к искусственным организмам
Средина прошлого века ознаменовалась расшифровкой структуры ДНК, что стало важнейшим поворотным моментом в биологии. С тех пор ученые направили свои усилия на разработку методов модификации и редактирования ДНК. Сегодня в лабораториях создаются аналоги сложных биомолекул, используемые для диагностики и лечения различных заболеваний.
Также активно развивается новое и чрезвычайно перспективное направление науки — создание искусственной жизни. Это не о монстрах из фантастики, а о химическом синтезе молекул ДНК и создании клеточных наноструктур, которые в будущем смогут стать основой для "дизайнерских" организмов. Один из потенциальных вариантов применения — производство "живых" антивирусов.
Лекарства будущего
В природе у каждого организма есть враги, что помогает поддерживать баланс экосистем. Исключение — некоторые вирусы, которые, не встречая препятствий, могут бесконтрольно размножаться и вызывать эпидемии. Для противодействия этому ученые предлагают создание искусственных организмов, враждебных вирусам.
Возможно, в будущем вместо приема лекарств при каждой инфекции мы будем вводить в организм адаптируемый "живой" антивирус, который свободно устранит патогены, работая совместно с иммунной системой.
Новое поколение нанотехнологий
Эксперты прогнозируют появление первых "живых" вакцин уже через десять лет. Первая задача — создать структуры, обладающие специфическими функциями клеток, но из синтетических компонентов.
Первый шаг уже сделан. В прошлом году ученые во главе с Ченгуан Лу из Университета Южной Дании и Ханбин Мао из Кентского государственного университета синтезировали сложное органическое соединение — конъюгат ДНК и пептидов, цепочек аминокислот, из которых состоят белки. Доктор Лу описывает это как "мощный молекулярный инструмент нового поколения нанотехнологий".
Эти гибридные соединения могут служить строительными блоками для более совершенных наноструктур.
Слияние правого и левого
Долгое время считалось, что взаимодействие нуклеиновых кислот (строительных блоков ДНК) и пептидов (цепочек аминокислот) привело к появлению первого живого существа на Земле. Эти биомолекулы до сих пор контролируют большинство биохимических реакций и являются основой белковых фабрик.
Однако проблема была в хиральности — ДНК молекулы всегда правосторонние, а пептиды — левосторонние, и в природе они не соединяются. Теперь же ученые впервые смогли синтезировать правосторонний пептид, что позволило им связаться с ДНК и создать гибриды с расширенными функциями.
Сверхспособности супермолекул
На гибридные супермолекулы возлагаются большие надежды. Эти крошечные био-боты, созданные из конъюгатов, можно закодировать на выполнение разнообразных медицинских задач, таких как таргетная доставка лекарств или стимуляция иммунной системы. Потенциально они могут быть основой "живых" вакцин, способных адаптироваться к конкретным вирусам и индивидуальным особенностям организма.
Также возможно создание искусственных белков, более устойчивых к внешним воздействиям, таким как тепло, ультрафиолет или химические реагенты, что сделает их более стабильными и эффективными в лечении серьезных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Искусственная жизнь: мировые исследования
Работы над гибридными бионаноматериалами ведутся по всему миру. Например, ученые из Оксфордского университета разработали нанобота, который проникает сквозь клеточную мембрану, создавая искусственный канал для доставки лекарств и диагностических маркеров. Исследователи из Университета штата Аризона создали цепочечные биомолекулярные 3D-структуры, продемонстрировав возможность программируемой самосборки таких соединений.
Ученые из Северо-Западного университета в Иллинойсе создали материалы со схожими свойствами, поместив нити ДНК в пептидный гидрогель, который используется для культуры клеток. Эти структуры самоорганизуются в биоволокна, что оказалось обратимым процессом.
Исследователи из Университета
Бен-Гуриона в Израиле обнаружили, что при увеличении концентрации нуклеиновых кислот в пептидном растворе волокнистые наноструктуры заменяются стабильными сферическими конъюгатами, идеально подходящими для создания искусственной жизни.