Komplexa reaktionskaskader kan utlösas i konstgjorda molekylära system:schweiziska forskare har konstruerat ett enzym som kan penetrera en däggdjurscell och påskynda frisättningen av ett hormon. Detta aktiverar sedan en genväxling som utlöser skapandet av ett fluorescerande protein. Fynden rapporterades av forskare från NCCR Molecular Systems Engineering, leds av universitetet i Basel och ETH Zürich.

Naturen är beroende av enzymer för att påskynda energikrävande biokemiska reaktioner som är nödvändiga för att bevara liv. Dock, naturliga enzymer är inte alla lika lämpade för alla reaktionstyper. Artificiellt skapade katalysatorer är mycket mer mångsidiga, eftersom de kan främja många fler kemiska syntesprocesser.

Det finns därför stor potential i att introducera artificiella katalysatorer i levande celler och organ för att modifiera cellfunktioner på genetisk nivå eller för att skapa ett läkemedel från en ofarlig prekursor i själva cellen. Dock, sådana katalysatorer fungerar ofta endast under strikt kontrollerade förhållanden som är nästan omöjliga att uppnå i levande celler.

Kaskad av konstgjorda komponenter

För att övervinna denna begränsning, forskare från universiteten i Basel (professor Thomas Ward) och Genève (professor Stefan Matile) och från ETH Zürich (professor Martin Fussenegger) utvecklade en katalysator med små molekyler som kan styra en genväxling. Om denna omkopplare är aktiverad, den önskade cellfunktionen utlöses.

För den aktuella studien, forskarna producerade ett metalloenzym – ett biokompatibelt protein i vilket ett katalytiskt aktivt metallfragment (i det här fallet rutenium) är inkorporerat. Med denna metod, de lyckades för första gången utveckla ett artificiellt metalloenzym som kunde penetrera en däggdjurscell.

Väl i cellen, metalloenzymet – som en trojansk häst – använde sin katalytiska funktion och påskyndade produktionen av ett visst sköldkörtelhormon. Detta hormon aktiverade sedan en syntetisk genväxling som ledde till skapandet av ett fluorescerande protein som kallas luciferas.

En ny sorts kemi i levande organismer

Studien, publiceras i Naturkommunikation , bevisar genomförbarheten av ett innovativt tillvägagångssätt som riktar sig mot utvecklingen av cellfunktioner och syftar till att komplettera traditionella biokemiska processer. Arbetet är ett bra exempel på de möjligheter som kombinationen av syntetisk biologi och organometallisk kemi erbjuder för kontroll av cellfunktioner i levande organismer.