Делаем дырки в мембране для введения ДНК в клетки. Быстро. Недорого.

Художественное представление момента проникновения ДНК внутрь бактерии

(иллюстрация Nicolle Fuller).

Чтобы внести изменения в гены любого организма требуется поместить изменённые молекулы ДНК внутрь клетки. Для этого учёные часто прибегают к методу электропорации, который позволяет с помощью электрического поля временно создавать в клеточной мембране "дырки", достаточные для проникновения макромолекул. Но подобрать величину поля для каждой клетки непросто, и иногда приходится месяцами искать оптимальные условия для каждой молекулы.

Дело в том, что для успешного создания временных пор электрическое поле должно быть достаточно сильным, чтобы пробить липидную мембрану. Но если перестараться, отверстие не закроется и клетка погибнет.

Специалисты из Массачусетского технологического института нашли способ значительно облегчить жизнь молекулярным биологами и разработали устройство, позволяющее быстро подобрать диапазон электрического потенциала для "вскрытия" любого микроорганизма или клетки.

"Мы пытаемся уменьшить количество необходимых экспериментов, – говорит руководитель исследования Каллен Буи (Cullen Buie). – В перспективе мы рассчитываем, что с помощью этого устройства процесс, который сегодня занимает несколько месяцев, можно будет закончить за один или два дня".

В настоящее время для проникновения сквозь мембрану учёные используют различные наборы, которые включают необходимые инструменты и инструкции с условиями, необходимыми для работы с ограниченным числом организмов, таких как бактерии и дрожжи. Однако количество видов, для которых существуют подобные инструкции, не слишком велико, и, если учёный хочет работать с объектом, отсутствующем в списке, ему придётся подбирать значения самостоятельно.

Внутри нового микрожидкостного устройства имеется канал, форма которого напоминает песочные часы с сужением посередине. При включении электрического поля, на разных участках канала создаётся разный потенциал, который достигает максимального значения в самом узком месте.

Учёные пропускали через устройство раствор со штаммами бактериальных клеток и воздействовали на них полем. Затем они добавили в раствор флуоресцентные молекулы-маркеры, которые при открытии пор проникают в клетку и начинают светиться в присутствии ДНК. Чтобы определить минимальное значение электрического поля, необходимое для вскрытия мембраны, исследователям достаточно отметить положение светящихся бактерий и посмотреть потенциал на этом участке канала.

"В одном эксперименте, можно испытать ряд электрических полей и практически мгновенно получить нужную информацию, – говорит Буи. – Так что теперь, в процессе поиска, вам не нужно запускать много разных экспериментов и тестировать различные электрические поля отдельно. Это можно сделать за один шаг, и ответ буквально загорается".

Учёные также проверили, можно ли с помощью их устройства вводить ДНК внутрь клетки. Для этого они попытались внедрить в бактериальные клетки гены, обеспечивающие устойчивость к антибиотикам. Затем прошедшие через канал клетки поместили в чашки Петри с противомикробным препаратом и обнаружили, что те продолжали размножаться. Это означает, что микроорганизмы не только успешно приняли новую ДНК, но и закрыли поры в мембране.

Подробные результаты работы американских учёных опубликованы в журнале Scientific Reports.

Видео: