An der Schnittstelle von lebender und nicht lebender Materie ist die Verbesserung der spontanen Bottom-up-Konstruktion künstlicher Zellen mit hoher organisatorischer Komplexität und diversifizierten Funktionen immer noch ein Problem. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben Wissenschaftler unter der Leitung der University of Bristol geschaffen synthetische Zellen, sogenannte Protozellen, verwenden zähflüssige Mikrotröpfchen, die mit lebenden Bakterien gefüllt sind, als mikroskopische Baustelle.
Um diese fortschrittlichen synthetischen Zellen zu bauen, die die Funktionalität des echten Lebens nachahmen, haben Wissenschaftler das Potenzial von Bakterien genutzt. Sie setzten die leeren Tröpfchen zwei Arten von Bakterien aus: Eine Population wurde spontan in den Tröpfchen eingefangen, während die andere an der Tröpfchenoberfläche eingefangen wurde.
Dann zerstörten sie beide Arten von Bakterien. Es bewirkt die Freisetzung von Zellbestandteilen, die in oder auf der Oberfläche der Tröpfchen eingeschlossen bleiben, um membranbeschichtete bakteriogene Protozellen zu produzieren, die Tausende von biologischen Molekülen, Teilen und Maschinen enthalten.
Die Tatsache, dass die Protozellen erzeugen könnten RNA und Proteine durch In-vitro-Genexpression und energiereiche Moleküle (ATP) über Glykolyse deuteten darauf hin, dass die vererbten bakteriellen Komponenten in den synthetischen Zellen persistierten.
Um die Leistungsfähigkeit dieser Technik zu testen, verwendeten die Wissenschaftler eine Reihe chemischer Schritte, um die bakteriogenen Protozellen strukturell und morphologisch umzugestalten. Das Innere des Tröpfchens war mit einem Zytoskelett-ähnlichen Netzwerk aus Proteinfilamenten und membrangebundenen Wasservakuolen gefüllt. Das freigesetzte Bakterium DNA wurde zu einer einzigen Struktur komprimiert, die einem Kern ähnelt.
Als nächstes implantierten die Wissenschaftler lebende Bakterien in die Protozellen, um eine selbsterhaltende ATP-Produktion und eine langfristige Energieversorgung für die Glykolyse, Genexpression und den Zusammenbau des Zytoskeletts zu erzeugen. Seltsamerweise entwickelten die protoliving Konstrukte aufgrund von lokalem Bakterienwachstum und -metabolismus ein äußeres Erscheinungsbild, das einer Amöbe ähnelte, wodurch ein zelluläres bionisches System mit integrierten lebensechten Merkmalen entstand.
Der korrespondierende Autor Professor Stephen Mann sagte: „Das Erreichen einer hohen organisatorischen und funktionellen Komplexität in synthetischen Zellen ist schwierig, insbesondere unter Bedingungen nahe am Gleichgewicht. Hoffentlich wird unser aktueller bakteriogenetischer Ansatz dazu beitragen, die Komplexität aktueller Protozellmodelle zu erhöhen, die Integration unzähliger biologischer Komponenten zu erleichtern und die Entwicklung energetisierter zytomimetischer Systeme zu ermöglichen.“
Der Erstautor Dr. Can Xu, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Bristol, hinzugefügt: „Unser Ansatz zum Aufbau lebender Materialien bietet eine Möglichkeit für die Bottom-up-Konstruktion von symbiotischen lebenden/synthetischen Zellkonstrukten. Beispielsweise sollte es möglich sein, komplexe Module für die Entwicklung in diagnostischen und therapeutischen Bereichen der synthetischen Biologie, der Bioherstellung und der Biotechnologie im Allgemeinen unter Verwendung künstlich hergestellter Bakterien herzustellen.“
Journal Referenz:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et al. Zusammenbau von bakteriogenen Protozellen aus lebendem Material. Natur (2022). zurück 10.1038 / s41586-022-05223-w
