I forbindelse med levende og ikke-levende materie er det fortsatt et problem å forbedre den spontane nedenfra-opp-konstruksjonen av kunstige celler med høy organisatorisk kompleksitet og diversifiserte funksjoner. For å møte denne utfordringen har forskere ledet av University of Bristol opprettet syntetiske celler, kjent som protoceller, ved å bruke viskøse mikrodråper fylt med levende bakterier som en mikroskopisk byggeplass.
For å bygge disse avanserte syntetiske cellene, som etterligner virkelige funksjoner, har forskere utnyttet potensialet til bakterier. De eksponerte de tomme dråpene for to typer bakterier: En populasjon ble spontant fanget i dråpene mens den andre ble fanget ved dråpeoverflaten.
De ødela deretter begge typer bakterier. Det forårsaker frigjøring av cellulære komponenter som forblir fanget inne i eller på overflaten av dråpene for å produsere membranbelagte bakteriogene protoceller som inneholder tusenvis av biologiske molekyler, deler og maskineri.
Det faktum at protocellene kunne generere RNA og proteiner ved in vitro-genekspresjon og energirike molekyler (ATP) via glykolyse antydet at de nedarvede bakteriekomponentene vedvarte i de syntetiske cellene.
For å teste kapasiteten til denne teknikken brukte forskerne en rekke kjemiske trinn for å remodellere de bakteriogene protocellene strukturelt og morfologisk. Dråpenes indre var fylt med et cytoskjelettlignende nettverk av proteinfilamenter og membranbundne vannvakuoler. Den frigjorte bakterien DNA ble komprimert til en enkelt struktur som ligner en kjerne.
Deretter implanterte forskere levende bakterier i protocellene for å generere selvbærende ATP-produksjon og langsiktig energisering for glykolyse, genuttrykk og cytoskjelettmontering. Merkelig nok utviklet de protolivende konstruksjonene et ytre utseende som ligner en amøbe på grunn av lokal bakterievekst og metabolisme, og skapte et cellulært bionisk system med integrerte naturtro funksjoner.
Tilsvarende forfatter professor Stephen Mann sa: «Å oppnå høy organisatorisk og funksjonell kompleksitet i syntetiske celler er vanskelig, spesielt under forhold som er nær likevekt. Forhåpentligvis vil vår nåværende bakteriogene tilnærming bidra til å øke kompleksiteten til nåværende protocellemodeller, lette integreringen av utallige biologiske komponenter og muliggjøre utviklingen av energiserte cytomimetiske systemer."
Den første forfatteren Dr. Can Xu, forskningsassistent ved University of Bristol, la til: "Vår tilnærming til sammenstilling av levende materiale gir en mulighet for nedenfra og opp-konstruksjon av symbiotiske levende/syntetiske cellekonstruksjoner. For eksempel, ved å bruke konstruerte bakterier, bør det være mulig å lage komplekse moduler for utvikling innen diagnostiske og terapeutiske områder av syntetisk biologi, bioproduksjon og bioteknologi generelt.
Tidsreferanse:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et al. Levende materialsammenstilling av bakteriogene protoceller. Natur (2022). GJØR JEG: 10.1038 / s41586-022-05223-w
