Datum: 25. září, 2019
Zdroj: Americká chemická společnost (ACS)
Shrnutí: Pokud by vědci mohli dát živým buňkám magnetické vlastnosti, mohli by pravděpodobně manipulovat s buněčnými aktivitami pomocí vnějších magnetických polí. Předchozí pokusy o magnetizaci buněk produkcí proteinů obsahujících železo v nich však vedly pouze k slabým magnetickým silám. Nyní vědci vytvořili geneticky kódované proteinové krystaly, které mohou generovat magnetické síly mnohokrát silnější než ty, které již byly hlášeny.
Celý příběh:
Pokud by vědci mohli dát živým buňkám magnetické vlastnosti, mohli by pravděpodobně manipulovat s buněčnými aktivitami pomocí vnějších magnetických polí. Předchozí pokusy o magnetizaci buněk produkcí proteinů obsahujících železo v nich však vedly pouze k slabým magnetickým silám. Teď vědci v ACS‘ Nano Letters oznamují, že byly navrženy geneticky kódované proteinové krystaly, které mohou generovat magnetické síly mnohokrát silnější než ty, které již byly hlášeny.
Nová oblast magnetogenetiky se snaží ke studiu a manipulaci s buňkami používat geneticky kódované proteiny, které jsou citlivé na magnetická pole. Mnoho předchozích přístupů představovalo přírodní protein pro ukládání železa zvaný feritin, který se může sám sestavit do „klece“, která pojme až 4500 atomů železa. Ale i při této velké kapacitě skladování železa vytvářejí feritinové klece v buňkách magnetické síly, které jsou milionkrát příliš malé pro praktické aplikace. Výrazně zvýšit množství železa, které lze do proteinové sestavy uložit, Bianxiao Cui a jeho kolegové chtěli kombinovat železo-vázající schopnost feritinu se samo-montážními vlastnostmi dalšího proteinu, zvaného Inkabox-PAK4cat, které mohou tvořit velké krystaly vřetenovitého tvaru uvnitř buněk. Vědce napadlo, jestli by se duté interiéry těchto krystalů daly vyplnit proteiny feritinu a tak ukládat větší množství železa, které by generovalo značné magnetické síly.
Aby vyrobili nové krystaly, vědci fúzí spojili geny kódující feritin a Inkabox-PAK4cat, a vyrobili novou bílkovinu v lidských buňkách v petriho misce. Výsledné krystaly, které se po 3 dnech rozrostly na délku asi 45 mikronů (zhruba polovinu průměru lidského vlasu), neovlivnily přežití buněk. Vědci pak otevřeli buňky, izolovali krystaly a přidali železo, což jim umožnilo přitahovat krystaly vnějšími magnety. Každý krystal obsahuje asi pět miliard atomů železa a generované magnetické síly byly devět řádů silnější než v jedné feritinové kleci. Zavedením krystalů, které byly předem naloženy železem do živých buněk, mohli vědci pohybovat buňkami magnetem. Nebyli však schopni magnetizovat buňky přidáním železa do krystalů, které již rostou v buňkách, pravděpodobně proto, že hladiny železa v buňkách byly příliš nízké. To je oblast, která vyžaduje další výzkum, říkají vědci.
Kontrolní reference (vládní stránka (.gov) National Institute of Health): https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31552740/
Inženýrství geneticky kódovaného magnetického proteinového krystalu
Magnetogenetika je nový obor, který využívá geneticky kódované proteiny a bílkovinové sestavy, které jsou citlivé na magnetická pole, k studování a manipulaci chování buněk. Teoretické studie ukazují, že mnoho navrhovaných magnetogenetických proteinů neobsahuje dostatek železa k vytvoření podstatných magnetických sil. Zde jsme vytvořili geneticky kódovaný proteinový krystal obsahující feritin, který roste uvnitř buněk savců. Každý z těchto krystalů obsahuje více než 10 milionů podjednotek feritinu a je schopen mineralizovat značné množství železa.
Když izolovány z buněk a naplněné železem in vitro, tyto krystaly generují magnetické síly, které jsou 9 řádů větší, než síly od jediné feritinové klece, používané v předchozích studiích. Tyto proteinové krystaly jsou přitahovány k aplikovanému magnetickému poli a pohybují se směrem k magnetům, i když jsou internalizovány [vsazené] do buněk. Zatímco další studie jsou potřebné k realizaci plného potenciálu magnetogenetiky, tyto výsledky ukazují proveditelnost inženýrských proteinových sestav pro magnetické snímání.
