في الصلة بين المواد الحية وغير الحية ، لا يزال تحسين البناء التلقائي من أسفل إلى أعلى للخلايا الاصطناعية ذات التعقيد التنظيمي العالي والوظائف المتنوعة يمثل مشكلة. لمواجهة هذا التحدي ، أنشأ العلماء بقيادة جامعة بريستول الخلايا الاصطناعية، المعروفة باسم الخلايا الأولية ، باستخدام قطرات دقيقة لزجة مليئة بالبكتيريا الحية كموقع بناء مجهري.
لبناء هذه الخلايا الاصطناعية المتقدمة ، التي تحاكي وظائف الحياة الواقعية ، استغل العلماء إمكانات البكتيريا. قاموا بتعريض القطرات الفارغة لنوعين من البكتيريا: تم التقاط مجموعة واحدة تلقائيًا داخل القطرات بينما تم احتجاز الآخر عند سطح القطيرات.
ثم قاموا بتدمير كلا النوعين من البكتيريا. يتسبب في إطلاق المكونات الخلوية التي تظل محاصرة داخل أو على سطح القطرات لإنتاج خلايا أولية بكتيرية مغلفة بغشاء تحتوي على آلاف الجزيئات والأجزاء والآلات البيولوجية.
حقيقة أن الخلايا الأولية يمكن أن تولد RNA والبروتينات عن طريق التعبير الجيني في المختبر والجزيئات الغنية بالطاقة (ATP) عبر تحلل السكر تشير إلى أن المكونات البكتيرية الموروثة استمرت في الخلايا الاصطناعية.
لاختبار قدرة هذه التقنية ، استخدم العلماء سلسلة من الخطوات الكيميائية لإعادة تشكيل الخلايا الأولية البكتيرية من الناحية الهيكلية والشكلية. كان الجزء الداخلي للقطرة مملوءًا بشبكة تشبه الهيكل الخلوي من خيوط البروتين وفجوات مائية مرتبطة بالغشاء. البكتيريا الصادرة الحمض النووي تم ضغطه في بنية واحدة تشبه النواة.
بعد ذلك ، زرع العلماء بكتيريا حية في الخلايا الأولية لتوليد إنتاج ATP ذاتي الاستدامة وتنشيط طويل الأمد لتحلل السكر ، والتعبير الجيني ، وتجميع الهيكل الخلوي. من الغريب أن البنى الأولية طورت مظهرًا خارجيًا يشبه الأميبا بسبب النمو البكتيري المحلي والتمثيل الغذائي ، مما أدى إلى إنشاء نظام بيوني خلوي بميزات متكاملة نابضة بالحياة.
قال المؤلف المراسل البروفيسور ستيفن مان: "إن تحقيق درجة عالية من التعقيد التنظيمي والوظيفي في الخلايا التركيبية أمر صعب ، خاصة في ظل ظروف قريبة من التوازن. نأمل أن يساعد نهجنا الحالي في توليد البكتيريا على زيادة تعقيد نماذج الخلايا الأولية الحالية ، وتسهيل تكامل عدد لا يحصى من المكونات البيولوجية وتمكين تطوير أنظمة محاكية خلوية نشطة. "
المؤلف الأول د.كان شو ، باحث مشارك في جامعة بريستول ، وأضاف: "يوفر نهج تجميع المواد الحية لدينا فرصة للبناء التصاعدي لتركيبات الخلايا الحية / الاصطناعية التكافلية. على سبيل المثال ، باستخدام البكتيريا المهندسة ، ينبغي أن يكون من الممكن تصنيع وحدات معقدة للتطوير في المجالات التشخيصية والعلاجية للبيولوجيا التركيبية ، والتصنيع الحيوي ، والتكنولوجيا الحيوية بشكل عام. "
المرجع مجلة:
- Xu ، C. ، Martin ، N. ، Li ، M. et al. تجميع المواد الحية للخلايا الأولية البكتيرية. الطبيعة (2022). معرف الهوية الرقمي: 10.1038 / s41586-022-05223-ث
