Na styku materii żywej i nieożywionej wciąż problemem jest usprawnienie spontanicznej oddolnej budowy sztucznych komórek o dużej złożoności organizacyjnej i zróżnicowanych funkcjach. Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy pod kierownictwem Uniwersytetu w Bristolu stworzyli ogniwa syntetyczne, znane jako protokomórki, wykorzystujące lepkie mikrokropelki wypełnione żywymi bakteriami jako mikroskopijny plac budowy.
Aby zbudować te zaawansowane komórki syntetyczne, które naśladują rzeczywistą funkcjonalność, naukowcy wykorzystali potencjał bakterii. Wystawili puste kropelki na działanie dwóch rodzajów bakterii: jedna populacja została spontanicznie wychwycona w kropelkach, podczas gdy druga została uwięziona na powierzchni kropel.
Następnie zniszczyli oba typy bakterii. Powoduje uwalnianie składników komórkowych, które pozostają uwięzione wewnątrz lub na powierzchni kropelek, w celu wytworzenia pokrytych błoną protokomórek bakteriogennych zawierających tysiące biologicznych cząsteczek, części i maszynerii.
Fakt, że protokomórki mogą generować RNA a białka poprzez ekspresję genów in vitro i cząsteczki bogate w energię (ATP) poprzez glikolizę sugerują, że odziedziczone składniki bakteryjne przetrwały w komórkach syntetycznych.
Aby przetestować wydajność tej techniki, naukowcy wykorzystali szereg etapów chemicznych do strukturalnego i morfologicznego przemodelowania bakteriogennych protokomórek. Wnętrze kropli wypełnione było podobną do cytoszkieletu siecią włókien białkowych i związanych z błoną wakuoli wodnych. Uwolniona bakteria DNA został skompresowany w jedną strukturę przypominającą jądro.
Następnie naukowcy wszczepili żywe bakterie do protokomórek, aby wygenerować samowystarczalną produkcję ATP i długoterminową energetyzację na potrzeby glikolizy, ekspresji genów i składania cytoszkieletu. Co ciekawe, protoliwne konstrukty wykształciły wygląd zewnętrzny przypominający amebę ze względu na miejscowy wzrost bakterii i metabolizm, tworząc komórkowy system bioniczny ze zintegrowanymi, podobnymi do życia cechami.
Korespondujący autor profesor Stephen Mann powiedział: „Osiągnięcie dużej złożoności organizacyjnej i funkcjonalnej w ogniwach syntetycznych jest trudne, szczególnie w warunkach zbliżonych do równowagi. Mamy nadzieję, że nasze obecne podejście bakteriogenne pomoże zwiększyć złożoność obecnych modeli protokomórek, ułatwi integrację niezliczonych komponentów biologicznych i umożliwi rozwój energetyzowanych systemów cytomimetycznych”.
Pierwszy autor, dr Can Xu, Research Associate na Uniwersytecie w Bristolu, w dodatku: „Nasze podejście do montażu żywego materiału zapewnia możliwość oddolnej konstrukcji symbiotycznych żywych/syntetycznych konstruktów komórkowych. Na przykład przy użyciu zmodyfikowanych bakterii powinno być możliwe wytwarzanie złożonych modułów do rozwoju w obszarach diagnostycznych i terapeutycznych biologii syntetycznej, bioprodukcji i ogólnie biotechnologii”.
Referencje czasopisma:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. i in. Zespół żywego materiału protokomórek bakteriogennych. Natura (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
