Ученые создали зеркальные нанопоры для борьбы с раком

Структуры и профили радиусов вдоль оси канала созданных пор. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64025-6

Впервые исследователям удалось успешно создать и охарактеризовать полностью функциональную зеркальную нанопору — молекулярные ворота, построенные исключительно из D-аминокислот, зеркальных форм природных строительных блоков белков. Работа под руководством профессора Кожинджампара Р. Махендрана из Rajiv Gandhi Center for Biotechnology (Индия) в сотрудничестве с Constructor University и другими партнерами демонстрирует не только важную веху в нанонауке, но и открывает перспективные биомедицинские применения, включая потенциальные методы лечения рака.

Белки в природе почти исключительно построены из L-аминокислот, в то время как их D-аминокислотные аналоги обычно играют лишь второстепенные роли. Создание целых белков из D-аминокислот чрезвычайно сложно, но предлагает поразительные преимущества: такие зеркальные структуры часто более устойчивы к деградации и могут по-разному взаимодействовать с биологическими системами.

В этом исследовании команда разработала синтетическую стабильную и хорошо определенную D-пептидную пору под названием DpPorA. Примечательно, что, модифицируя распределение заряда, им удалось создать улучшенные версии этих пор с повышенной проводимостью и селективностью в различных солевых условиях.

Эксперименты показали, что эти поры могут обнаруживать широкий спектр биомолекул на уровне одной молекулы, включая пептиды, циклические сахара, определенные белки, включая один из ключевых для исследований болезни Паркинсона. Флуоресцентная визуализация подтвердила, что поры образуют большие гибкие каналы в мембранах, обеспечивая размерно-зависимый транспорт молекул.

«Наши симуляции предоставили картину на молекулярном уровне, необходимую для доказательства того, что эти зеркальные поры являются точными аналогами своих природных собратьев», — говорит профессор Ульрих Кляйнекэтхёфер, профессор физики в Constructor University в Бремене и соавтор исследования, опубликованного в Nature Communications. «Это понимание было необходимо для объяснения экспериментов и будет направлять разработку улучшенных вариантов пор в будущем».

Симуляции, проведенные учеными Constructor University, были ключевыми для проверки архитектуры зеркальной поры. Сравнивая D-пору с ее природным L-аналогом, исследования молекулярной динамики подтвердили, что эти две структуры являются идеальными зеркальными отражениями, одновременно объясняя тонкие различия в проводимости и селективности, наблюдаемые в экспериментах.

«Вычислительная работа дала нам уверенность в том, что мы действительно наблюдаем настоящую зеркальную пору», — объясняет доктор Калянашис Яна, научный сотрудник в группе Кляйнекэтхёфера и равноправный первый автор статьи.

Помимо фундаментальной науки, результаты предполагают захватывающий биомедицинский потенциал. В исследованиях на клетках флуоресцентно меченные зеркальные поры показали сильные мембрано-разрушающие эффекты в раковых клетках, но не оказали воздействия на нормальные клетки, намекая на селективную цитотоксичность, которую однажды можно будет использовать для терапии рака.

Интересный факт: D-аминокислоты редко встречаются в природных белках, но их иногда находят в клеточных стенках бактерий и некоторых антибиотиках. Создание функциональных белков из этих «зеркальных» строительных блоков открывает путь к разработке терапевтических средств, которые будут устойчивы к ферментам организма и смогут целенаправленно воздействовать на патогенные клетки.