Створення штучного життя – постійна тема як у науці, так і в популярній літературі, де вона викликає в уяві образи слимаків, що повзають, зі зловмисними намірами або супер-милих дизайнерських вихованців. У той самий час виникає запитання: яку роль має відігравати штучне життя нашому середовищі тут, Землі, де всі форми життя створені природою і мають місце і призначення?
Доцент Ченгуан Лу з кафедри фізики, хімії та фармації Університету Південної Данії разом із професором Ханбіном Мао з Кентського державного університету є батьками спеціальної штучної гібридної молекули, яка може призвести до створення штучних форм життя. Вони опублікували в журналі Cell Reports Physical Science огляд стану досліджень в області, що лежить в основі їх створення. Ця область називається “гібридні наноструктури пептид-ДНК”, і це нова область, якій менше ніж 10 років.
Мета Лу полягає у створенні вірусних вакцин (модифікованих та ослаблених версій вірусу) та штучних форм життя, які можна буде використовувати для діагностики та лікування захворювань.
“У природі у більшості організмів є природні вороги, але в деяких їх немає. Наприклад, деякі хвороботворні віруси не мають природних ворогів. Логічним кроком було б створення штучної форми життя, яка могла б стати для них ворогом”, – сказав він.
Так само він припускає, що такі штучні форми життя можуть діяти як вакцини проти вірусної інфекції й можуть використовуватися як нанороботи або наномашини, що завантажуються ліками або діагностичними елементами та відправляються в тіло пацієнта.
«Штучна вірусна вакцина може з’явитися приблизно за 10 років. З іншого боку, штучна клітина вже не за горами, тому що вона складається з безлічі елементів, які необхідно контролювати, перш ніж ми зможемо почати з них будувати. “В принципі, немає жодних перешкод для створення штучних клітинних організмів у майбутньому”, – говорить він.
Які будівельні блоки Лу та його колеги у цій галузі використовуватимуть для створення вірусних вакцин та штучного життя? ДНК і пептиди є одними з найважливіших біомолекул у природі, що робить технологію ДНК і пептидну технологію двома найбільш потужними молекулярними інструментами в сучасному наборі нанотехнологічних інструментів.
Технологія ДНК забезпечує точний контроль над програмуванням, від атомного рівня до макрорівня, але вона може виконувати лише обмежені хімічні функції, оскільки має тільки чотири підстави: A, C, G і T. З іншого боку, пептидна технологія може забезпечувати достатні хімічні функції у великих масштабах, оскільки потрібно працювати з 20 амінокислотами. Природа використовує ДНК та пептиди для створення різних білкових фабрик, що знаходяться у клітинах, що дозволяє їм еволюціонувати в організми.
Нещодавно Ханьбінь Мао і Ченьгуан Лу досягли успіху в тому, щоб поєднати розроблені триланцюгові структури ДНК з триланцюжковими пептидними структурами, створивши тим самим штучну гібридну молекулу, що поєднує в собі сильні сторони обох. Ця робота була опублікована в журналі Nature Communications у 2022 році.
В інших країнах світу інші дослідники також працюють над поєднанням ДНК і пептидів, оскільки цей зв’язок формує міцну основу для розвитку більш сучасних біологічних об’єктів і форм життя.
В Оксфордському університеті дослідникам вдалося створити наномашину із ДНК та пептидів, яка може проникати крізь клітинну мембрану, створюючи штучний мембранний канал, через який можуть проходити невеликі молекули.
В Університеті штату Арізона Ніколас Стефанопулос та його колеги дозволили ДНК і пептидам самозбиратися у 2D та 3D структурі.
Дослідники з Північно-Західного університету показали, що мікроволокна можуть утворюватися внаслідок самоскладання ДНК та пептидів. ДНК і пептиди діють на нанорівні, тому якщо взяти до уваги різницю в розмірах, мікроволокна величезні.
В Університеті Бен-Гуріона в Негеві вчені використовували гібридні молекули для створення сферичної структури, що нагадує цибулину, що містить ліки від раку, які обіцяють бути використаними в організмі для боротьби з раковими пухлинами.
«На мій погляд, загальна цінність усіх цих зусиль полягає в тому, що їх можна використовувати для покращення спроможності суспільства діагностувати та лікувати хворих людей. Заглядаючи в майбутнє, я не здивуюся, що одного разу ми зможемо довільно створювати гібридні наномашини, вірусні вакцини та навіть штучні форми життя з цих будівельних блоків допоможуть суспільству боротися з цими захворюваннями, які важко вилікувати. Це буде революція в охороні здоров’я”, – каже Ченьгуан Лу. Джерело