Сегодня ученые создают трансгенных животных и пытаются вылечить врожденные болезни, используя несколько относительно небезопасных способов ввода новой ДНК в клетки – или путем использования сверхтонких игл, при помощи которых "протыкается" яйцеклетка, или при помощи ретровирусов, чья "боевая" часть заменяется на полезный генетический код.
Подобные операции, как рассказывает Каллен Бьюи (Cullen Buie) из Массачусетского технологического института (США), могут привести к фатальным последствиям в результате банального повреждения оболочки клетки при неудачном вводе иглы, или в результате развития иммунологической реакции на вирус.
И то и другое не является препятствием для опытов в лабораториях, однако это крайне затрудняет перенос результатов экспериментов в медицинскую практику. По этой причине биологи, инженеры и биотехнологи активно ищут сегодня методы "прямого" ввода ДНК в клетку, которые бы не приводили к ее гибели или повреждению.
В последние годы, по словам Бьюи, у этих двух технологий появилась реальная альтернатива – ввод ДНК в клетку при помощи электрических полей и особых молекулярных "пушек", разгоняющих фрагменты генетического кода перед их вставкой в бактерию или яйцеклетку.
Электрохимические принципы этой технологии известны ученым еще с середины 80 годов прошлого века. В 1982 году немецкий биолог Эберхард Нойманн (Eberhard Neuman) выяснил, что при воздействии сильного электрического поля в клеточной мембране начинают появляться небольшие поры, способные пропускать чужеродные молекулы.
В 2011 году появилась одна из первых версий подобных "нано-шприцев", однако их использование раскрыло новую проблему – оказалось, что для успешного ввода ДНК необходимо индивидуально подбирать силу поля для каждого нового типа клетки, что является крайне долгим и трудоемким процессом. Бьюи и его коллеги нашли способ упростить и ускорить его, добавив в "наношприц" набор из белковых молекул, начинающих светиться в том случае, если они прикрепляются к ДНК.
Сам "шприц" представляет собой миниатюрный сужающийся канал, выточенный в полупроводниковой пластине при помощи электронного луча. Благодаря его форме, электрический потенциал в нем постепенно растет по мере сужения. Если по нему будет плыть бактерия, то по мере движения она будет испытывать все большие и большие электрические поля до того момента, когда ее поры не откроются и через них внутрь микроба не проникнут молекулы пигмента.
Это позволяет, как рассказывает ученый, очень быстро и точно подбирать минимальную силу поля, при которой ДНК сможет проникать внутрь клеток, а ток не повредит мембрану и не заставит содержимое бактерии буквальным образом "вытечь" из нее.
В качестве демонстрации работоспособности этой технологии ученые вставили ДНК в клетки одного из родичей туберкулезной палочки, что придало этим микробам способность сопротивляться одному из антибиотиков. Бактерии успешно "прочитали" новую ДНК и использовали ее для защиты себя от лекарства, что подтвердило, что данные "шприцы" работают на практике.
"Сейчас мы умеем менять ДНК лишь у небольшого перечня клеток и микробов из-за тех ограничений, которые несут за собой старые технологии генных модификаций. Наше микрожидкостное устройство позволяет вести масштабные опыты подобного рода, что позволит нам сделать большие шаги в области фармакологии, регенеративной медицины, в лечении рака и в развитии генной терапии" — заключает Пауло Гарсия (Paulo Garcia), один из авторов статьи.
