В основу методики легли контрактильные инъекционные системы бактерий
Американские исследователи выяснили, что молекулярные инъекционные системы, обнаруженные у некоторых эндосимбиотических бактерий, можно перепрограммировать для целевой доставки в человеческие клетки разнообразных белков, включая генетические ножницы Cas9, редакторы азотистых оснований и токсины. Отчет о работе опубликован в журнале Nature.
Эндосимбиотическим бактериям зачастую выгодно модулировать жизнедеятельность организма-хозяина для поддержания его приспособляемости, как правило с помощью секретируемых белковых молекул. Однако многие из таких веществ не проникают сквозь клеточную мембрану, и многие бактерии в процессе эволюции выработали сложные молекулярные устройства для их активной доставки.
Примером может служить семейство контрактильных инъекционных систем (CIS), которые действуют по принципу шприца и напоминают по устройству хвост бактериофагов. CIS представляют собой макромолекулярные комплексы, включающие жесткую трубчатую структуру (действует как игла), расположенную внутри сократимой оболочки (резервуар и поршень), которая закреплена на базальной пластинке с хвостовыми фибриллами и заостренными шиповидными белками (крепление к клетке-мишени). Для взаимодействия с эукариотическими клетками без непосредственного контакта бактерии синтезируют и выбрасывают наружу экстрацеллюлярные CIS (eCIS).
Учитывая функционал eCIS, сотрудники лаборатории Фэна Чжана (Feng Zhang) в Массачусетском технологическом институте решили изучить возможность их использования для адресной доставки белков в исследовательских и терапевтических целях. Для работы они выбрали типичную eCIS — кассету вирулентности PVC энтомопатогенной бактерии Photorhabdus asymbiotica, которая живет в круглых червях, паразитирующих на насекомых.
Ранее исследователи охарактеризовали молекулярную структуру PVC и процесс ее сборки, сумели с ее помощью сделать инъекцию в мышиный макрофаг и в общих чертах разобрались, как она заполняется действующим веществом (его гены расположены сразу после генов PVC, а взаимодействие происходит с помощью отсекаемой N-концевой сигнальной пептидной последовательности искомого белка и встроенной в PVC АТФазы Pvc15).
Новую работу авторы начали с того, что с помощью двух плазмид ввели гены PVC и ее естественной полезной нагрузки в кишечную палочку (Escherichia coli) для их биоинженерного производства, и убедились, что конечный продукт надежно связывается в культуре с клетками-мишенями насекомых Sf9. После этого к генам PVC присоединили гены несвойственной для нее нагрузки, в частности, зеленого флуоресцентного белка (GFP), Cre-рекомбиназы и искусственной рестриктазы с цинковыми пальцами, а также открытой ранее N-концевой сигнальной последовательности. В присутствии Pvc15 эти белки успешно загружались в биоинженерную PVC, и их комплекс сохранялся в процессе очистки. При его инкубации с Sf9 в этих клетках наблюдался четкий флуоресцентный сигнал, то есть инъекция искомого белка прошла успешно.
Механизм распознавания клетки-мишени PVC был мало изучен, и исследователи предположили, что он, как у бактериофагов, связан с рецептор-связывающими доменами на хвостовых фибриллах Pvc13. С помощью моделирования in silico они определили трехмерную структуру дистального конца фибриллы, который, предположительно, первым входит в контакт с клеточной мембраной. В него вставили домены Ad5-knob или E01-DARPin, специфичные к человеческим клеткам, и убедились, что такие PVC связываются с клетками человеческой аденокарциномы легкого A549 и вводят в них свое содержимое. Используя разные рецептор-связывающие домены, авторы работы продемонстрировали, что PVC можно перепрограммировать под разнообразные мышиные и человеческие клетки-мишени с эффективностью и специфичностью, близкими к 100 процентам.
Следующая серия экспериментов продемонстрировала, что PVC пригодна для доставки в клетки различных по структуре и функциям белков, в том числе в разы превышающие по молекулярной массе ее естественную полезную нагрузку (токсины Pdp1 и Pnf). Это выяснили, в частности, на примере инструментов для редактирования генома — эндонуклеазы Cas9 и деаминаз с цинковыми пальцами ZFD-L и ZFD-R.
В завершение исследователи провели опыт in vivo — успешно ввели Cre-рекомбиназу в нейроны гиппокампа нокаутных мышей, заставив эти клетки экспрессировать флуоресцентный белок tdTomato. Никаких значимых признаков токсичности и иммуногенности при этом не наблюдалось.
Как пишут авторы работы, полученные результаты свидетельствуют, что инъекционные системы PVC представляют собой программируемые устройства для доставки белков с возможностями применения в генной терапии, лечении рака и биоконтроле.
В 2020 году немецкие исследователи представили методику таргетной доставки лекарств внутрь раковых клеток с помощью наночастиц из муцина, сшитого фрагментами ДНК. Такая конструкция высвобождает препарат только в присутствии микроРНК, сверхэкспрессия которой характерна для некоторых злокачественных новообразований.
Много лет назад его нашли на памятнике Сюйцзяяо
Китайские ученые установили, что древние останки из местонахождения Сюйцзяяо принадлежали денисовцам, в том числе череп индивида, объем головного мозга которого составлял около 1700 кубических сантиметров. На это указал палеопротеомный анализ двух костей, возраст которых составляет от 128 до 207 тысяч лет. При этом морфология останков из этого памятника и так называемого человека-дракона говорят …