Elävien ja elottomien aineiden yhtymäkohdassa keinotekoisten solujen spontaanin alhaalta ylös rakentamisen parantaminen, joilla on korkea organisatorinen monimutkaisuus ja monipuoliset toiminnot, on edelleen ongelma. Tämän haasteen ratkaisemiseksi Bristolin yliopiston tutkijat ovat luoneet synteettiset solut, joka tunnetaan protosoluina, käyttämällä mikroskooppisena rakennustyömaana viskoosisia mikropisaroita, jotka on täynnä eläviä bakteereja.
Näiden kehittyneiden synteettisten solujen rakentamiseksi, jotka jäljittelevät tosielämän toimintoja, tutkijat ovat hyödyntäneet bakteerien potentiaalia. He altistivat tyhjät pisarat kahdentyyppisille bakteereille: Yksi populaatio vangittiin spontaanisti pisaroiden sisään, kun taas toinen jäi loukkuun pisaroiden pintaan.
Sitten he tuhosivat molemmat bakteerityypit. Se aiheuttaa solukomponenttien vapautumisen, jotka jäävät loukkuun pisaroiden sisälle tai pinnalle, jolloin muodostuu kalvopäällysteisiä bakteriogeenisiä protosoluja, jotka sisältävät tuhansia biologisia molekyylejä, osia ja koneita.
Se, että protosolut voisivat tuottaa RNA ja proteiinit in vitro geeniekspressiolla ja energiarikkaat molekyylit (ATP) glykolyysin kautta viittasivat siihen, että periytyneet bakteerikomponentit säilyivät synteettisissä soluissa.
Tämän tekniikan kapasiteetin testaamiseksi tutkijat käyttivät sarjaa kemiallisia vaiheita bakteriogeenisten protosolujen rakenteellisen ja morfologisen uudistamiseksi. Pisaran sisäosa oli täynnä solun tukirangan kaltaista proteiinifilamenttien verkostoa ja kalvoon sitoutuneita vesivakuoleja. Vapautunut bakteeri DNA puristettiin yhdeksi ydintä muistuttavaksi rakenteeksi.
Seuraavaksi tutkijat istuttivat eläviä bakteereja protosoluihin luodakseen itsestään kestävää ATP-tuotantoa ja pitkäaikaista energiaa glykolyysille, geenien ilmentymiselle ja sytoskeleton kokoonpanolle. Kummallista kyllä, protoelävät rakenteet kehittivät ameebaa muistuttavan ulkonäön paikallisen bakteerikasvun ja aineenvaihdunnan ansiosta, mikä loi solujen bionisen järjestelmän, jossa on integroituja eläviä ominaisuuksia.
Vastaava kirjoittaja, professori Stephen Mann sanoi: ”Korkean organisatorisen ja toiminnallisen monimutkaisuuden saavuttaminen synteettisissä soluissa on vaikeaa, varsinkin lähellä tasapainoa olevissa olosuhteissa. Toivottavasti nykyinen bakteriogeeninen lähestymistapamme auttaa lisäämään nykyisten protosolumallien monimutkaisuutta, helpottamaan lukemattomien biologisten komponenttien integrointia ja mahdollistamaan energisoitujen sytomimeettisten järjestelmien kehittämisen.
Ensimmäinen kirjoittaja Dr. Can Xu, tutkija Bristolin yliopistosta, lisä-: ”Elävien materiaalien kokoonpanotapamme tarjoaa mahdollisuuden symbioottisten elävien/synteettisten solujen rakentamiseen alhaalta ylöspäin. Esimerkiksi teknisten bakteerien avulla pitäisi olla mahdollista valmistaa monimutkaisia moduuleja kehitystä varten synteettisen biologian, biovalmistuksen ja biotekniikan diagnostisilla ja terapeuttisilla aloilla.
Lehden viite:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et ai. Bakteriogeenisten protosolujen elävä materiaalikokoonpano. luonto (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
