Новый метод защищает синтетические генные цепи от разбавления при росте клеток

Учёные из Университета штата Аризона разработали метод, который защищает синтетические генные цепи от разбавления при росте и делении клеток. Исследование опубликовано в журнале Cell.

Проблема синтетической биологии заключается в том, что важные сигнальные молекулы разбавляются по мере роста клеток, что приводит к потере запрограммированных функций. Команда под руководством доцента Сяоджуна Тяня нашла решение, позаимствовав принцип у самой природы.

Исследователи использовали процесс жидкостно-жидкостного фазового разделения для создания микроскопических капелек — транскрипционных конденсатов — вокруг ключевых генов. Эти капельки действуют как молекулярные защитные зоны, предохраняя синтетические модификации от «вымывания» в процессе клеточного роста.

«Когда мы пытаемся запрограммировать клетки на выполнение полезных задач, таких как диагностика или производство терапевтических средств, генетические программы часто дают сбой, потому что рост клеток разбавляет ключевые молекулы, необходимые для их работы», — объясняет Тянь.

В отличие от традиционных подходов, которые фокусируются на изменении последовательностей ДНК или регуляторных контуров обратной связи, новый метод использует физический принцип пространственной организации молекул внутри клеток.

Микроскопические изображения из исследования показывают яркие светящиеся скопления транскрипционных конденсатов внутри клеток, визуально подтверждая, что капельки могут формироваться именно там, где это необходимо для стабилизации генной активности.

Этот подход открывает новые возможности для создания более надёжных биологических систем — от стабильных клеточных фабрик до будущих медицинских применений. Исследователи уже изучают, как программировать различные типы конденсатов для контроля разных генов, создавая «умные» клетки, способные адаптироваться и функционировать в долгосрочной перспективе.

Синтетическая биология — это направление науки, которое занимается проектированием и созданием биологических систем с новыми функциями. Первые успехи в этой области были достигнуты в начале 2000-х годов, а к 2025 году синтетическая биология находит применение в медицине, производстве биотоплива и экологии.