В середине прошлого века расшифровка структуры ДНК стала колоссальным шагом вперед в биологии. Этот момент открыл новые горизонты для ученых, начавших развивать методы модификации и редактирования ДНК. В современных лабораториях уже создаются аналоги сложных биомолекул для диагностики и лечения различных заболеваний.
Кроме того, появилось новое направление в науке — искусственная жизнь. Но это не про монстров из фантастики, а про химический синтез ДНК и сборку клеточных наноструктур, которые в будущем могли бы стать основой для "дизайнерских" организмов. Одно из потенциальных применений таких организмов — создание "живых" антивирусов.
Будущие лекарства
Природа позаботилась о том, чтобы у каждого организма обязательно были естественные враги, что поддерживает баланс в экосистемах. Но некоторые вирусы иногда становятся исключением, бесконтрольно размножаясь и вызывая эпидемии. Луч надежды в борьбе с ними — искусственные организмы, специально "запрограммированные" для враждебного отношения к вирусам.
Возможно, вскоре вместо того, чтобы лечиться традиционными препаратами, мы будем вводить в организм адаптируемые "живые" антивирусы, которые будут сотрудничать с иммунной системой для уничтожения патогенов.
Новые горизонты нанотехнологий
Эксперты прогнозируют, что "живые" вакцины появятся уже через десять лет. Первой задачей ученых станет создание клеточных структур с определенными функциями из синтетических компонентов.
Первый шаг уже сделан. Ученые из Университета Южной Дании и Кентского государственного университета США под руководством Ченгуан Лу и Ханбин Мао создали сложную органическую супермолекулу — конъюгат ДНК и пептидов. Доктор Лу назвал это "мощным молекулярным инструментом нового поколения нанотехнологий".
Эти гибридные соединения могут стать строительными блоками для более совершенных наноструктур.
Слияние правого и левого
Долгие годы ученые мечтали соединить два мощных инструмента: ДНК и пептиды. Но из-за хиральности (все молекулы ДНК правосторонние, а пептиды — левосторонние) это было затруднительно.
Теперь, впервые синтезировав правосторонний пептид, удалось показать, что после изменения хиральности пептиды взаимодействуют с ДНК, образуя гибриды с расширенным набором биохимических функций.
Сверхспособности супермолекул
Гибридные супермолекулы обещают большие изменения. Миниатюрные биоботы, созданные из конъюгатов, можно будет программировать на специфические медицинские задачи, такие как таргетная доставка лекарств или стимуляция иммунной системы. Потенциально, это могут быть "живые" вакцины, адаптирующиеся к конкретным патогенам и особенностям организма.
Также возможно создание искусственных белков, более устойчивых к теплу, ультрафиолету и химическим реагентам, что сделает их стабильнее и пригоднее для лечения серьезных заболеваний, например, болезни Альцгеймера.
Строительные кирпичики искусственной жизни
Гибридными бионаноматериалами сейчас занимаются по всему миру. В Оксфордском университете разработали нанобота, проникающего через клеточную мембрану для доставки лекарств и диагностических маркеров.
Биохимики из Университета штата Аризона создали цепочечные биомолекулярные 3D-структуры из пептидов и ДНК длиной в несколько микрометров. Они доказали, что можно программировать самосборку подобных соединений.
В Северо-Западном университете США создали искусственные материалы, поместив ДНК в пептидный гидрогель, который применяют как имитатор внеклеточного матрикса для клеточных культур. Эти структуры могут самоорганизовываться в биоволокна и обратно.
В Университете Бен-Гуриона в Израиле выяснили, что при увеличении концентрации нуклеиновых кислот в пептидном растворе наноструктуры могут изменяться, становясь стабильными сферическими конъюгатами, идеально подходящими для создания искусственной жизни.