Al nesso tra materia vivente e non vivente, il miglioramento della costruzione spontanea dal basso verso l'alto di cellule artificiali con elevata complessità organizzativa e funzioni diversificate è ancora un problema. Per affrontare questa sfida, gli scienziati guidati dall'Università di Bristol hanno creato cellule sintetiche, note come protocellule, che utilizzano micro-goccioline viscose riempite di batteri viventi come un microscopico cantiere.
Per costruire queste cellule sintetiche avanzate, che imitano la funzionalità della vita reale, gli scienziati hanno sfruttato il potenziale dei batteri. Hanno esposto le goccioline vuote a due tipi di batteri: una popolazione è stata catturata spontaneamente all'interno delle goccioline mentre l'altra è stata intrappolata sulla superficie delle goccioline.
Hanno quindi distrutto entrambi i tipi di batteri. Provoca il rilascio di componenti cellulari che rimangono intrappolati all'interno o sulla superficie delle goccioline per produrre protocellule batteriogeniche ricoperte di membrana contenenti migliaia di molecole, parti e macchinari biologici.
Il fatto che le protocelle potrebbero generare RNA e le proteine mediante l'espressione genica in vitro e le molecole ricche di energia (ATP) tramite la glicolisi hanno suggerito che i componenti batterici ereditati persistessero nelle cellule sintetiche.
Per testare la capacità di questa tecnica, gli scienziati hanno utilizzato una serie di passaggi chimici per rimodellare strutturalmente e morfologicamente le protocellule batteriogene. L'interno della goccia era riempito con una rete simile al citoscheletro di filamenti proteici e vacuoli d'acqua legati alla membrana. Il batterio rilasciato DNA era compresso in un'unica struttura simile a un nucleo.
Successivamente, gli scienziati hanno impiantato batteri viventi nelle protocellule per generare una produzione autosostenibile di ATP e un'energizzazione a lungo termine per la glicolisi, l'espressione genica e l'assemblaggio del citoscheletro. Curiosamente, i costrutti protoliving hanno sviluppato un aspetto esterno simile a un'ameba a causa della crescita batterica locale e del metabolismo, creando un sistema bionico cellulare con caratteristiche realistiche integrate.
L'autore corrispondente, il professor Stephen Mann, ha dichiarato: “Il raggiungimento di un'elevata complessità organizzativa e funzionale nelle cellule sintetiche è difficile, soprattutto in condizioni di vicino all'equilibrio. Si spera che il nostro attuale approccio batteriogeno contribuisca ad aumentare la complessità degli attuali modelli di protocellule, faciliti l'integrazione di una miriade di componenti biologici e consenta lo sviluppo di sistemi citomimetici energizzati".
Il primo autore Dr. Can Xu, Research Associate presso l'Università di Bristol, aggiunto: “Il nostro approccio all'assemblaggio del materiale vivente offre un'opportunità per la costruzione dal basso verso l'alto di costrutti simbiotici viventi/cellule sintetiche. Ad esempio, utilizzando batteri ingegnerizzati, dovrebbe essere possibile fabbricare moduli complessi per lo sviluppo in aree diagnostiche e terapeutiche della biologia sintetica, della bioproduzione e della biotecnologia in generale".
Riferimento della Gazzetta:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et al. Assemblaggio materiale vivente di protocellule batteriogene. Natura (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
