Na povezavi žive in nežive snovi je izboljšanje spontane konstrukcije umetnih celic od spodaj navzgor z visoko organizacijsko kompleksnostjo in raznolikimi funkcijami še vedno problem. Za reševanje tega izziva so znanstveniki pod vodstvom Univerze v Bristolu ustvarili sintetične celice, znane kot protocelice, ki uporabljajo viskozne mikrokapljice, napolnjene z živimi bakterijami, kot mikroskopsko gradbeno mesto.
Za izdelavo teh naprednih sintetičnih celic, ki posnemajo funkcionalnost v resničnem življenju, so znanstveniki izkoristili potencial bakterij. Prazne kapljice so izpostavili dvema vrstama bakterij: ena populacija je bila spontano ujeta v kapljicah, druga pa je bila ujeta na površini kapljice.
Nato so uničili obe vrsti bakterij. Povzroča sproščanje celičnih komponent, ki ostanejo ujete znotraj ali na površini kapljic, da proizvedejo z membrano prevlečene bakteriogene protocelice, ki vsebujejo na tisoče bioloških molekul, delov in strojev.
Dejstvo, da bi lahko protocelice ustvarile RNA in proteini z izražanjem genov in vitro ter energijsko bogate molekule (ATP) prek glikolize kažejo, da so podedovane bakterijske komponente obstale v sintetičnih celicah.
Da bi preizkusili zmogljivost te tehnike, so znanstveniki uporabili vrsto kemičnih korakov za strukturno in morfološko preoblikovanje bakteriogenih protocelic. Notranjost kapljice je bila napolnjena s citoskeletu podobno mrežo beljakovinskih filamentov in z membrano vezanih vodnih vakuol. Sproščena bakterija DNA stisnjen v eno samo strukturo, ki spominja na jedro.
Nato so znanstveniki vsadili žive bakterije v protocelice, da ustvarijo samovzdržno proizvodnjo ATP in dolgoročno energijo za glikolizo, izražanje genov in sestavljanje citoskeleta. Zanimivo je, da so protoliving konstrukti razvili zunanji videz, ki je podoben amebi zaradi lokalne bakterijske rasti in metabolizma, kar je ustvarilo celični bionični sistem z integriranimi življenjskimi lastnostmi.
Dopisni avtor profesor Stephen Mann je dejal: »Doseganje visoke organizacijske in funkcionalne kompleksnosti v sintetičnih celicah je težko, zlasti v razmerah, ki so blizu ravnotežju. Upajmo, da bo naš trenutni bakteriogeni pristop pomagal povečati kompleksnost trenutnih protoceličnih modelov, olajšal integracijo neštetih bioloških komponent in omogočil razvoj energiziranih citomimetičnih sistemov.
Prvi avtor dr. Can Xu, znanstveni sodelavec na Univerzi v Bristolu, dodano: »Naš pristop sestavljanja živega materiala ponuja priložnost za gradnjo simbiotičnih živih/sintetičnih celičnih konstruktov od spodaj navzgor. Na primer, z uporabo inženirskih bakterij bi moralo biti mogoče izdelati kompleksne module za razvoj na diagnostičnih in terapevtskih področjih sintetične biologije, bioproizvodnje in biotehnologije na splošno.«
Referenca dnevnika:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et al. Sestavljanje živega materiala bakteriogenih protocelic. Narava (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
