Клетки можно разделить на две группы: простые клетки, такие как бактерии, и высшие клетки, такие как клетки растений, животных и человека. Между прочим, они различаются по своей внутренней структуре: высшие клетки содержат органеллы, которые, как и органы в человеческом теле, выполняют особые функции. Митохондрии, например, обеспечивают энергию, в то время как лизосомы клеток животных и вакуоли клетки растений несут ответственность за расщепление веществ.Органеллы состоят в основном из липидов — таких веществ, как жиры и масла, так называемых вторичных генных продуктов, для которых нет прямой модели в геноме.
Однако вместо этого ученые разработали подход с использованием амфифильных белков. Как и липиды, они имеют как гидрофильные, так и гидрофобные части.
Благодаря этому свойству они могут самостоятельно собираться, образуя органеллоподобные отсеки внутри клетки. Биосинтез белков можно контролировать с помощью плана в виде плазмидной ДНК.
Эти двухцепочечные, обычно кольцевые молекулы присутствуют в бактериях, что позволяет им образовывать синтетические органеллы.Подход открывает новые возможности для изучения биомедицинских процессов, а также для приложений в биотехнологии, химии и фармации. «Впервые в истории нам удалось сформировать новую органеллу в клетке и снабдить ее функциями на основе рационально разработанных строительных блоков белка.
Это принципиально новый подход для биологии, биотехнологии и медицины», — говорит Шиллер. . С помощью химических реакций, которые ранее были невозможны в клетке, ученые теперь имеют в своем распоряжении новые средства для производства биотехнологических продуктов. В частности, химическая промышленность могла бы использовать функциональное расширение бактериальных клеток для производства важных исходных материалов, для которых ранее не было доступных стратегий и методов биосинтеза.За реализацию этих идей Шилллер был награжден премией Федерального министерства образования и науки «Новое поколение биотехнологических методов — биотехнология 2020+» в прошлом году.
Он возглавляет исследовательскую группу в Центре системной биологии (ZBSA) Университета Фрайбурга, которая объединяет химическую биологию, органический синтез, синтетическую биологию и новые биоматериалы с техническими системами, такими как микрореакторы, и современными аналитическими методами. Команда сотрудничает с другими исследовательскими группами ZBSA, факультета химии и фармации, факультета биологии, отдела инженерии микросистем (IMTEK) и Центра передового опыта BIOSS по изучению биологических сигналов Университета Фрайбурга. .