Создан универсальный наношприц для ввода ДНК в разные виды живых клеток

Пнд, 02/22/2016 - 18:23

Учёные из Массачусетского технологического института (США) разработали устройство, которое в будущем обеспечит помощь в отказе от применения вирусов для проведения генных модификаций, так как оно способствует введению новой ДНК в практически любые клетки и бактерии, заставляя их расширять поры в своей оболочке с помощью тока.

На сегодняшний день биологи могут создавать трансгенных животных и также пытаются найти лечение против врождённых болезней, применяя несколько достаточно небезопасных методов использования введения другой ДНК в клетки - с помощью сверхтонких игл для ʺпротыканияʺ яйцеклетки или применяя ретровирусы, "боевая" часть которых может заменяться полезным генетическим кодом.

Данные операции могут приводить к смертельным последствиям из-за простого повреждения оболочки клетки во время неудачного ввода иглы, или при развитии иммунологической реакции на вирус.

Оба варианта не являются препятствием для продолжения экспериментов в лабораториях, но это весьма сильно замедляет возможность перенести результаты опытов в медицинскую практику. По данной причине учёные продолжают активный поиск метода "прямого" ввода ДНК в клетку, который не приводил бы к её смерти или повреждению.

В течение нескольких последних лет две перечисленные технологии пополнились ещё одной, альтернативной – вводом ДНК в клетку с помощью электрических полей и специальных молекулярных "пушек", которые способны разогнать фрагменты генетического кода до их вставки в яйцеклетку или бактерию.

Электрохимические основы данного метода были знакомы учёным ещё с середины 80-х годов прошлого столетия. В 1982 году немецкий биолог Эберхард Нойманн (Eberhard Neuman) выяснил, что воздействие сильного электрического поля в клеточной мембране способствует появлению небольших пор, которые способны пропускать чужеродные молекулы.

В 2011 году была изготовлена одна из первых версий таких "нано-шприцев", но их применение породило новую проблему – оказалось, что для успешного ввода ДНК необходимо каждый раз осуществлять подбор силы поля для всех типов клетки, что является достаточно долгим и трудоёмким процессом. Учёные нашли альтернативный способ упростить и ускорить его, добавив в "наношприц" набор из белковых молекул, осуществляющих свечение, при прикреплении к ДНК.

Данный "шприц" является миниатюрным сужающимся каналом, который выточен в полупроводниковой пластине с помощью электронного луча. Из-за его формы электрический потенциал в нём постепенно растёт при сужении. Если по нему будет двигаться бактерия, то при дальнейшем движении она будет испытывать все большие и большие электрические поля до того момента, когда её поры не откроются, и через них внутрь микроба не проникнут молекулы пигмента.

Это способствует очень быстрой и точной подборке минимальной силы поля, при которой ДНК сможет проникнуть в клетки, а ток не повредит мембрану и не заставит содержимое бактерии "вытечь" из неё.

Для демонстрации работоспособности новой технологии учёные вставили ДНК в клетки одного из видов туберкулезной палочки, что способствовало сопротивлению этих микробов одному из антибиотиков. Бактерии успешно смогли "прочитать" новую ДНК и применили её, чтобы защититься от лекарства, подтвердив работу новых шприцев на практике.

В настоящее время учёные могут менять ДНК лишь у некоторых клеток и микробов из-за ограничений, которые несут за собой старые технологии генных модификаций. Созданное микрожидкостное устройство позволяет вести купномасштабные опыты подобного рода, что позволит исследователям продвинуться в области фармакологии, регенеративной медицины, в лечении рака и в развитии генной терапии.

Источник