На стыке живой и неживой материи улучшение спонтанного восходящего построения искусственных клеток с высокой организационной сложностью и разнообразными функциями все еще остается проблемой. Чтобы решить эту проблему, ученые под руководством Бристольского университета создали синтетические клетки, известные как протоклетки, использующие вязкие микрокапли, наполненные живыми бактериями, в качестве микроскопической строительной площадки.
Чтобы создать эти усовершенствованные синтетические клетки, которые имитируют функциональность реальной жизни, ученые использовали потенциал бактерий. Они подвергли пустые капли воздействию двух типов бактерий: одна популяция спонтанно была захвачена каплями, а другая — на поверхности капель.
Затем они уничтожили оба типа бактерий. Это вызывает высвобождение клеточных компонентов, которые остаются в ловушке внутри или на поверхности капель, для производства покрытых мембраной бактериогенных протоклеток, содержащих тысячи биологических молекул, частей и механизмов.
Тот факт, что протоклетки могут генерировать РНК и белки за счет экспрессии генов in vitro и богатых энергией молекул (АТФ) за счет гликолиза позволяют предположить, что унаследованные бактериальные компоненты сохраняются в синтетических клетках.
Чтобы проверить возможности этого метода, ученые использовали ряд химических шагов для структурной и морфологической реконструкции бактериогенных протоклеток. Внутренняя часть капли была заполнена цитоскелетоподобной сетью белковых филаментов и связанных с мембраной водных вакуолей. Высвобожденный бактериальный ДНК была сжата в единую структуру, напоминающую ядро.
Затем ученые имплантировали живые бактерии в протоклетки, чтобы обеспечить самоподдерживающееся производство АТФ и долговременную активацию для гликолиза, экспрессии генов и сборки цитоскелета. Любопытно, что протоживые конструкции приобрели внешний вид, напоминающий амебу, из-за локального роста бактерий и метаболизма, создав клеточную бионическую систему со встроенными жизненными функциями.
Автор-корреспондент профессор Стивен Манн сказал: «Достичь высокой организационной и функциональной сложности в синтетических клетках сложно, особенно в условиях, близких к равновесию. Надеемся, что наш нынешний бактериогенный подход поможет повысить сложность текущих моделей протоклеток, облегчит интеграцию множества биологических компонентов и позволит разработать энергетически активные цитомиметические системы».
Первый автор доктор Кан Сюй, научный сотрудник Бристольского университета, добавленный: «Наш подход к сборке живого материала дает возможность восходящего конструирования симбиотических живых/синтетических клеточных конструкций. Например, с помощью сконструированных бактерий можно будет производить сложные модули для разработки в диагностических и терапевтических областях синтетической биологии, биопроизводства и биотехнологии в целом».
Справочник журнала:
- Сюй, С., Мартин, Н., Ли, М. и соавт. Сборка живого материала бактериогенных протоклеток. природа (2022). ДОИ: 10.1038 / s41586-022-05223-ш
