RNA折纸技术折叠纳米管，为合成细胞创造人工细胞骨架

为了从非生命成分中创造活细胞的长期目标，合成生物学领域的科学家们研究了RNA折纸。该工具利用天然RNA生物分子的多功能性来折叠新的构建块，使蛋白质合成变得多余

在追求人造细胞的过程中，海德堡大学分子生物学中心的Kerstin Göpfrich教授领导的一个研究小组已经清除了一个关键的障碍。使用新的RNA折纸技术，他们成功地生产出折叠成细胞骨架样结构的纳米管。细胞骨架是细胞中必不可少的结构成分，赋予细胞稳定性、形状和流动性。这项研究工作为更复杂的RNA机制奠定了潜在的基础。研究结果发表在《自然纳米技术》上

构建合成细胞的一个主要挑战是制造蛋白质，蛋白质负责生物体内几乎所有的生物过程，从而使生命成为可能。对于天然细胞，所谓的分子生物学中心法则描述了蛋白质合成是如何通过细胞中遗传信息的转录和翻译发生的。在这个过程中，DNA被转录成RNA，然后翻译成功能性蛋白质，随后进行折叠以实现其正确的结构，这是正常功能的关键

“仅这一复杂过程就涉及150多个基因，”Göpfrich教授解释道，她和她的生命生物物理工程团队在海德堡大学分子生物学中心（ZMBH）进行研究

Göpfrich教授的工作始于如何创建绕过蛋白质合成的合成细胞的问题，蛋白质合成在活细胞中至关重要。她使用了RNA折纸技术，该技术基于这样一种理念，即遗传信息——例如细胞结构的蓝图——是单独使用自折叠RNA翻译的

首先，DNA序列是在计算机辅助过程中设计的。它编码了RNA折叠后应该呈现的形状。为了接近所需的结构，必须选择合适的RNA基序并将其翻译成最终合成为人工基因的遗传模板

为了实现它所包含的蓝图，使用了RNA聚合酶。酶读取模板中存储的信息，并产生相应的RNA成分。之前专门开发的算法可确保计划的折叠正确进行

在RNA折纸的帮助下，海德堡合成生物学家和她的团队成功地创造了合成细胞的一个重要结构成分——人造细胞骨架。RNA微管只有几微米长，形成了一个类似于天然细胞结构的网络

GUV内RNA折纸纳米管的布朗运动。这些共聚焦时间间隔捕捉了GUV内RNA折纸细胞骨架的快速运动。来源：《自然纳米技术》（2025）。DOI:10.1038/41565-025-025-01879-3

根据Göpfrich教授的说法，纳米管是构建合成细胞的又一步。研究人员在脂质囊泡中测试了RNA折纸，脂质囊泡是一种广泛应用于生物学的简单细胞模型系统。使用所谓的RNA适配体，人工细胞骨架与细胞膜结合。通过基因模板（DNA序列）的靶向突变，也有可能影响RNA骨架的特性

Kerstin Göpfrich强调：“与DNA折纸相比，RNA折纸的优势在于合成细胞可以自行制造其构建块。”。她补充说，这可能会为这种细胞的定向进化开辟新的视角。长期的研究目标是为基于RNA的合成细胞创造一个完整的分子机制 More information: Mai P. Tran et al, Genetic encoding and expression of RNA origami cytoskeletons in synthetic cells, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01879-3

Journal information: Nature Nanotechnology