בקשר של חומר חי וחומר שאינו חי, שיפור הבנייה הספונטנית מלמטה למעלה של תאים מלאכותיים בעלי מורכבות ארגונית גבוהה ותפקודים מגוונים עדיין מהווה בעיה. כדי להתמודד עם האתגר הזה, מדענים בראשות אוניברסיטת בריסטול יצרו תאים סינתטיים, הידועים כפרוטו-תאים, תוך שימוש בטיפות מיקרו צמיגות מלאות בחיידקים חיים כאתר בנייה מיקרוסקופי.
כדי לבנות תאים סינתטיים מתקדמים אלה, המחקים פונקציונליות בחיים האמיתיים, מדענים רתמו את הפוטנציאל של חיידקים. הם חשפו את הטיפות הריקות לשני סוגים של חיידקים: אוכלוסייה אחת נלכדה באופן ספונטני בתוך הטיפות ואילו השנייה נלכדה על פני הטיפות.
לאחר מכן הם השמידו את שני סוגי החיידקים. זה גורם לשחרור רכיבים תאיים שנשארים כלואים בתוך או על פני הטיפות כדי לייצר פרוטו-תאים בקטריוגניים מצופים בממברנה המכילים אלפי מולקולות, חלקים ומכונות ביולוגיות.
העובדה שהפרוטו-תאים יכולים ליצור רנ"א וחלבונים על ידי ביטוי גנים במבחנה ומולקולות עשירות באנרגיה (ATP) באמצעות גליקוליזה הצביעו על כך שהרכיבים החיידקיים העוברים בתורשה נשארו בתאים הסינתטיים.
כדי לבדוק את היכולת של טכניקה זו, מדענים השתמשו בסדרה של שלבים כימיים כדי לעצב מחדש את הפרוטוקולים הבקטריוגניים מבחינה מבנית ומורפולוגית. חלקה הפנימי של הטיפה היה מלא ברשת דמוית ציטושלד של חוטי חלבון ואקווולי מים הקשורים לקרום. החיידק המשוחרר ה-DNA נדחס למבנה יחיד הדומה לגרעין.
לאחר מכן, מדענים השתילו חיידקים חיים לתוך הפרוטוקולים כדי ליצור ייצור ATP בר-קיימא ואנרגיזה ארוכת טווח לגליקוליזה, ביטוי גנים והרכבה ציטו-שלד. באופן מוזר, המבנים הפרו-חיים פיתחו מראה חיצוני הדומה לאמבה עקב צמיחה וחילוף חומרים מקומיים של חיידקים, ויצרו מערכת ביונית תאית עם מאפיינים דמויי חיים משולבים.
המחבר המקביל פרופסור סטיבן מאן אמר: "השגת מורכבות ארגונית ותפקודית גבוהה בתאים סינתטיים היא קשה, במיוחד בתנאים קרובים לשיווי משקל. יש לקוות, הגישה הבקטריוגנית הנוכחית שלנו תעזור להגביר את המורכבות של מודלים של פרוטו-תאים נוכחיים, תקל על שילוב של אינספור רכיבים ביולוגיים ותאפשר פיתוח של מערכות ציטומימטיות מלאות אנרגיה".
הסופר הראשון ד"ר קאן שו, עמית מחקר באוניברסיטת בריסטול, הוסיף: "הגישה שלנו להרכבת חומר חי מספקת הזדמנות לבנייה מלמטה למעלה של מבני תאים חיים/סינטטיים סימביוטיים. לדוגמה, באמצעות חיידקים מהונדסים, צריך להיות אפשרי לייצר מודולים מורכבים לפיתוח בתחומי אבחון וטיפול של ביולוגיה סינתטית, ייצור ביו וביוטכנולוגיה בכלל".
עיון ביומן:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et al. הרכבת חומר חי של פרוטו-תאים בקטריוגניים. טבע (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
