Az élő és élettelen anyag összefüggésében továbbra is problémát jelent a magas szervezeti komplexitású és szerteágazó funkciókat ellátó mesterséges sejtek spontán alulról felfelé építkezésének javítása. Ennek a kihívásnak a megoldására a Bristoli Egyetem tudósai létrehoztak szintetikus sejtek, protocellákként ismert, élő baktériumokkal teli viszkózus mikrocseppeket használva mikroszkopikus építési területként.
E fejlett szintetikus sejtek felépítéséhez, amelyek a valós funkcionalitást utánozzák, a tudósok kihasználták a baktériumokban rejlő lehetőségeket. Az üres cseppeket kétféle baktériumnak tették ki: az egyik populáció spontán módon befogódott a cseppekben, míg a másik a cseppek felszínén.
Ezután mindkét típusú baktériumot elpusztították. A cseppek belsejében vagy felszínén csapdában maradó sejtösszetevők felszabadulását idézi elő, így membránnal bevont bakteriogén protosejtek keletkeznek, amelyek több ezer biológiai molekulát, alkatrészt és gépezetet tartalmaznak.
Az a tény, hogy a protocellák generálhattak RNS és a fehérjék in vitro génexpressziója és energiagazdag molekulák (ATP) glikolízissel arra utaltak, hogy az öröklött bakteriális komponensek megmaradtak a szintetikus sejtekben.
E technika kapacitásának tesztelésére a tudósok egy sor kémiai lépést alkalmaztak a bakteriogén protosejtek szerkezeti és morfológiai átalakítására. A csepp belsejét fehérjeszálak citoszkeletális-szerű hálózata és membránhoz kötött vízüregek töltötték meg. A felszabaduló baktérium DNS egyetlen, magra emlékeztető szerkezetté tömörült.
Ezt követően a tudósok élő baktériumokat ültettek be a protosejtekbe, hogy önfenntartó ATP-termelést és hosszú távú energetizálást generáljanak a glikolízishez, a génexpresszióhoz és a citoszkeletális összeállításhoz. Érdekes módon az protoélő konstrukciók külső megjelenése amőbára emlékeztetett a helyi baktériumok növekedésének és anyagcseréjének köszönhetően, így létrejött egy sejtbionikus rendszer, integrált élethű jellemzőkkel.
Stephen Mann professzor, a levelező szerző azt mondta: „A szintetikus sejtekben nehéz magas szervezeti és funkcionális komplexitást elérni, különösen közel egyensúlyi körülmények között. Remélhetőleg jelenlegi bakteriogén megközelítésünk elősegíti a jelenlegi protosejt-modellek komplexitásának növelését, megkönnyíti a számtalan biológiai komponens integrációját, és lehetővé teszi az energiával ellátott citomimetikus rendszerek fejlesztését.”
Az első szerző Dr. Can Xu, a Bristoli Egyetem kutatója, hozzáadott: „Az élőanyag-összeállítási megközelítésünk lehetőséget ad szimbiotikus élő/szintetikus sejtkonstrukciók alulról építkező felépítésére. Például mesterséges baktériumok felhasználásával lehetővé kell tenni komplex modulok előállítását a szintetikus biológia, a biogyártás és általában a biotechnológia diagnosztikai és terápiás területein.
Journal Reference:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et al. Bakteriogén protosejtek élőanyag-összeállítása. Természet (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
