در پیوند ماده زنده و غیر زنده، بهبود ساخت خود به خود از پایین به بالا سلول های مصنوعی با پیچیدگی سازمانی بالا و عملکردهای متنوع هنوز یک مشکل است. برای مقابله با این چالش، دانشمندان به رهبری دانشگاه بریستول ایجاد کرده اند سلول های مصنوعیکه به عنوان پروتوسل شناخته می شود، از ریز قطرات چسبناک پر از باکتری های زنده به عنوان یک سایت ساختمانی میکروسکوپی استفاده می کند.
دانشمندان برای ساخت این سلول های مصنوعی پیشرفته که عملکرد واقعی را تقلید می کنند، از پتانسیل باکتری ها استفاده کرده اند. آنها قطرات خالی را در معرض دو نوع باکتری قرار دادند: یک جمعیت به طور خود به خود در داخل قطرات اسیر شد و دیگری در سطح قطرات به دام افتاد.
سپس هر دو نوع باکتری را از بین بردند. این امر باعث آزاد شدن اجزای سلولی می شود که در داخل یا روی سطح قطرات به دام افتاده اند و پروتوسل های باکتری زایی با پوشش غشایی حاوی هزاران مولکول، قطعات و ماشین آلات بیولوژیکی تولید می کنند.
این واقعیت که پروتوسل ها می توانند تولید کنند RNA و پروتئین‌ها با بیان ژن در شرایط آزمایشگاهی و مولکول‌های غنی از انرژی (ATP) از طریق گلیکولیز نشان می‌دهند که اجزای باکتریایی ارثی در سلول‌های مصنوعی باقی می‌مانند.
برای آزمایش ظرفیت این تکنیک، دانشمندان از یک سری مراحل شیمیایی برای بازسازی پروتوسل های باکتری زا از نظر ساختاری و مورفولوژیکی استفاده کردند. داخل این قطره با شبکه‌ای شبیه اسکلت سلولی از رشته‌های پروتئینی و واکوئل‌های آب متصل به غشا پر شده بود. باکتری آزاد شده DNA به یک ساختار منفرد شبیه یک هسته فشرده شد.
در مرحله بعد، دانشمندان باکتری‌های زنده را در پروتوسل‌ها کاشتند تا تولید خودپایه ATP و انرژی‌دهی طولانی‌مدت برای گلیکولیز، بیان ژن و مونتاژ اسکلت سلولی تولید کنند. جالب اینجاست که سازه های اولیه به دلیل رشد و متابولیسم باکتری های محلی ظاهری شبیه آمیب ایجاد کردند و یک سیستم بیونیک سلولی با ویژگی های یکپارچه شبیه به زندگی ایجاد کردند.
پروفسور استفان مان، نویسنده مسئول، گفت: دستیابی به پیچیدگی سازمانی و عملکردی بالا در سلول های مصنوعی، به ویژه در شرایط نزدیک به تعادل، دشوار است. امیدواریم رویکرد باکتری‌زایی فعلی ما به افزایش پیچیدگی مدل‌های پروتوسل فعلی کمک کند، ادغام بی‌شمار اجزای بیولوژیکی را تسهیل کند و توسعه سیستم‌های cytomimetic پر انرژی را امکان‌پذیر سازد.
اولین نویسنده دکتر کان خو، همکار پژوهشی در دانشگاه بریستول، اضافه: «رویکرد مونتاژ مواد زنده ما فرصتی را برای ساخت از پایین به بالا ساختارهای سلولی زنده/مصنوعی همزیست فراهم می‌کند. به عنوان مثال، با استفاده از باکتری های مهندسی شده، باید بتوان ماژول های پیچیده ای را برای توسعه در حوزه های تشخیصی و درمانی زیست شناسی مصنوعی، تولید زیستی و به طور کلی بیوتکنولوژی ساخت.
مرجع مجله:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et al. مجموعه مواد زنده از پروتوسل های باکتری زا. طبیعت (2022) DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
