Исследователи из сети SNI обнаружили новый способ слияния липидных везикул при нейтральном pH. Используя фрагмент токсина дифтерии, команда добилась слияния мембран везикул без необходимости предварительной обработки или жёстких условий. Их работа, недавно [опубликована](https://www.nature.com/articles/s42004-025-01738-1) в Communications Chemistry, открывает двери для новых применений в технологиях «лаборатория на чипе», биосенсорах и прототипах искусственных клеток.
Липидные везикулы — крошечные сферы, окружённые мембранами — являются важными инструментами в медицине и нанотехнологиях. Они могут транспортировать фармацевтические препараты к определённым клеткам и тканям или содержать контрастные вещества для диагностических исследований. С другой стороны, они могут служить универсальными строительными блоками в [синтетической биологии](https://phys.org/tags/synthetic+biology/), где контролируемое слияние позволяет создавать более крупные компартменты, имитирующие сложность живых клеток путём обмена и комбинирования их содержимого.
Существует несколько способов получения более крупных везикул, таких как электропорация или микрофлюидное производство. Ещё одна привлекательная стратегия, вдохновлённая биологией, заключается в том, чтобы позволить меньшим везикулам сливаться в более крупные компартменты. Слияние особенно интересно, поскольку оно имитирует естественные процессы и позволяет компартментам расти и соединяться динамически.
Однако достижение хорошо контролируемого [мембранного слияния](https://phys.org/tags/membrane+fusion/) в лабораторных условиях, особенно без предварительной обработки везикул, долгое время было сложной задачей. Чтобы проложить путь для применения в реальных условиях, исследователи изучают использование специфических белков для контроля и нацеливания на слияние везикул.
Исследовательская группа под руководством профессора доктора Корнелии Паливан из химического факультета Базельского университета и доктора Ричарда А. Каммерера из Института Пауля Шеррера (PSI) добилась прорыва в управляемом белками слиянии мембран в лаборатории с использованием токсина дифтерии.
«Специфическая часть [токсина дифтерии](https://phys.org/tags/diphtheria+toxin/), известная как T-домен, может индуцировать слияние мембран даже при нейтральном pH — без необходимости функционализации мембран везикул во время производства. Это уникально, поскольку обычно этот токсин работает в [кислых условиях](https://phys.org/tags/acidic+conditions/) в клетках», — объясняет Пётр Яско, первый автор исследования и докторант Швейцарского института нанонаук.
«В наших экспериментах мы смогли показать, как связывание T-домена токсина приводит к слиянию мембран без нарушения их целостности», — добавляет он.
Определённые положительно заряженные аминокислоты в белке дифтерии играют роль в слиянии при нейтральном pH. Аминокислоты связываются с отрицательно заряженной мембраной везикулы и затем обеспечивают адсорбцию везикул на стеклянной поверхности.
Возникающее в результате асимметричное напряжение в мембране является спусковым крючком, который затем приводит к слиянию прикреплённых и свободно плавающих частиц, что сопровождается снижением напряжения мембраны. Везикулы, которые не прилипают к [стеклянной пластине](https://phys.org/tags/glass+plate/) и свободно плавают в растворе, не сливаются друг с другом.
«В зависимости от силы положительного заряда на T-домене или количества отрицательно заряженных липидов слияние приводит к образованию множества мелких или меньшего количества крупных везикул, которые во всех случаях сохраняют свою сферическую форму», — объясняет Каммерер.
«Нацеленное слияние мембран при нейтральном pH представляет для нас большой интерес, поскольку его можно использовать для многочисленных применений. Оно обеспечивает основу для различных технологий «лаборатория на чипе», биосенсоров и возможного использования с синтетическими аналогами липосом — полимеросомами для производства более химически продвинутых и стабильных имитаций клеток», — комментирует Паливан.
Предоставлено [Базельским университетом](https://phys.org/partners/university-of-basel/)