Elusa ja eluta aine vahelises seoses on endiselt probleemiks kõrge organisatsioonilise keerukuse ja mitmekesiste funktsioonidega tehisrakkude spontaanse alt-üles ehitamise parandamine. Selle väljakutse lahendamiseks on Bristoli ülikooli teadlased loonud sünteetilised rakud, mida tuntakse protorakkudena, kasutades mikroskoopilise ehitusplatsina elusate bakteritega täidetud viskoosseid mikropiisku.
Nende täiustatud sünteetiliste rakkude ehitamiseks, mis jäljendavad tegelikku funktsionaalsust, on teadlased kasutanud bakterite potentsiaali. Nad paljastasid tühjad tilgad kahte tüüpi bakteritele: üks populatsioon püüti spontaanselt tilkade sisse, teine aga tilkade pinnale.
Seejärel hävitasid nad mõlemat tüüpi bakterid. See põhjustab rakukomponentide vabanemist, mis jäävad tilkade sisse või pinnale lõksu, et toota membraaniga kaetud bakteriogeenseid protorakke, mis sisaldavad tuhandeid bioloogilisi molekule, osi ja masinaid.
Asjaolu, et protocellid võivad genereerida RNA ja valgud in vitro geeniekspressiooni ja energiarikaste molekulide (ATP) abil glükolüüsi teel viitasid sellele, et päritud bakterikomponendid püsisid sünteetilistes rakkudes.
Selle tehnika võimekuse testimiseks kasutasid teadlased mitmeid keemilisi samme bakteriogeensete protorakkude struktuuriliseks ja morfoloogiliseks ümberkujundamiseks. Tilga sisemus oli täidetud tsütoskeletilaadse valgufilamentide võrgustikuga ja membraaniga seotud veevakuoolidega. Vabanenud bakter DNA suruti kokku üheks tuuma meenutavaks struktuuriks.
Järgmisena implanteerisid teadlased protorakkudesse elusaid baktereid, et tekitada isemajandav ATP tootmine ja glükolüüsi, geeniekspressiooni ja tsütoskeleti koostu jaoks pikaajaline energia. Kummalisel kombel arendasid protoelustuvad konstruktsioonid amööba meenutava välimuse tänu kohalikule bakterite kasvule ja ainevahetusele, luues rakulise bioonilise süsteemi, millel on integreeritud elutruud omadused.
Vastav autor professor Stephen Mann ütles: "Sünteetiliste rakkude kõrge organisatsioonilise ja funktsionaalse keerukuse saavutamine on keeruline, eriti tasakaalulähedastes tingimustes. Loodetavasti aitab meie praegune bakteriogeenne lähenemine suurendada praeguste protorakkude mudelite keerukust, hõlbustada arvukate bioloogiliste komponentide integreerimist ja võimaldab arendada pingestatud tsütomimeetilisi süsteeme.
Esimene autor Dr Can Xu, Bristoli ülikooli teadur, lisatud: "Meie elusmaterjalide kokkupanemise lähenemisviis annab võimaluse sümbiootiliste elus- / sünteetiliste rakukonstruktsioonide alt-üles ehitamiseks. Näiteks konstrueeritud baktereid kasutades peaks olema võimalik valmistada keerukaid mooduleid sünteetilise bioloogia, biotootmise ja üldiselt biotehnoloogia diagnostilistes ja terapeutilistes valdkondades.
Ajakirja viide:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. jt. Bakteriogeensete protorakkude elusmaterjali kokkupanek. loodus (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
