I sammenhængen mellem levende og ikke-levende stof er det stadig et problem at forbedre den spontane bottom-up-konstruktion af kunstige celler med høj organisatorisk kompleksitet og diversificerede funktioner. For at løse denne udfordring har forskere ledet af University of Bristol skabt syntetiske celler, kendt som protoceller, ved hjælp af tyktflydende mikrodråber fyldt med levende bakterier som en mikroskopisk byggeplads.
For at bygge disse avancerede syntetiske celler, som efterligner virkelighedens funktionalitet, har videnskabsmænd udnyttet bakteriernes potentiale. De udsatte de tomme dråber for to typer bakterier: En population blev spontant fanget i dråberne, mens den anden blev fanget ved dråbeoverfladen.
De ødelagde derefter begge typer bakterier. Det forårsager frigivelsen af cellulære komponenter, der forbliver fanget inde i eller på overfladen af dråberne til at producere membranbelagte bakteriogene protoceller, der indeholder tusindvis af biologiske molekyler, dele og maskineri.
Det faktum, at protocellerne kunne generere RNA og proteiner ved in vitro-genekspression og energirige molekyler (ATP) via glykolyse antydede, at de nedarvede bakterielle komponenter forblev i de syntetiske celler.
For at teste kapaciteten af denne teknik brugte forskerne en række kemiske trin til at ombygge de bakteriogene protoceller strukturelt og morfologisk. Dråbens indre var fyldt med et cytoskelet-lignende netværk af proteinfilamenter og membranbundne vandvakuoler. Den frigivne bakterie DNA blev komprimeret til en enkelt struktur, der ligner en kerne.
Dernæst implanterede forskere levende bakterier i protocellerne for at generere selvbærende ATP-produktion og langsigtet energi til glykolyse, genekspression og cytoskeletsamling. Mærkeligt nok udviklede de protolivende konstruktioner et ydre udseende, der ligner en amøbe på grund af lokal bakteriel vækst og metabolisme, hvilket skaber et cellulært bionisk system med integrerede naturtro funktioner.
Den korresponderende forfatter professor Stephen Mann sagde: ”Det er svært at opnå høj organisatorisk og funktionel kompleksitet i syntetiske celler, især under forhold, der er tæt på ligevægt. Forhåbentlig vil vores nuværende bakteriogene tilgang bidrage til at øge kompleksiteten af nuværende protocellemodeller, lette integrationen af utallige biologiske komponenter og muliggøre udviklingen af energigivende cytomimetiske systemer."
Den første forfatter Dr. Can Xu, forskningsassistent ved University of Bristol, tilføjet: “Vores tilgang til samling af levende materiale giver mulighed for bottom-up-konstruktion af symbiotiske levende/syntetiske cellekonstruktioner. For eksempel ved hjælp af manipulerede bakterier burde det være muligt at fremstille komplekse moduler til udvikling inden for diagnostiske og terapeutiske områder inden for syntetisk biologi, biofremstilling og bioteknologi generelt."
Journal Reference:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et al. Samling af levende materiale af bakteriogene protoceller. Natur (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
