I sambandet mellan levande och icke-levande materia är det fortfarande ett problem att förbättra den spontana konstruktionen nerifrån och upp av konstgjorda celler med hög organisatorisk komplexitet och diversifierade funktioner. För att möta denna utmaning har forskare under ledning av University of Bristol skapat syntetiska celler, känd som protoceller, med hjälp av trögflytande mikrodroppar fyllda med levande bakterier som en mikroskopisk byggplats.
För att bygga dessa avancerade syntetiska celler, som efterliknar verkliga funktioner, har forskare utnyttjat bakteriernas potential. De exponerade de tomma dropparna för två typer av bakterier: En population fångades spontant i dropparna medan den andra fångades vid droppytan.
De förstörde sedan båda typerna av bakterier. Det orsakar frisättning av cellulära komponenter som förblir fångade inuti eller på ytan av dropparna för att producera membranbelagda bakteriogena protoceller som innehåller tusentals biologiska molekyler, delar och maskiner.
Det faktum att protocellerna kunde generera RNA och proteiner genom in vitro-genuttryck och energirika molekyler (ATP) via glykolys antydde att de ärvda bakteriekomponenterna kvarstod i de syntetiska cellerna.
För att testa kapaciteten hos denna teknik använde forskare en serie kemiska steg för att omforma de bakteriogena protocellerna strukturellt och morfologiskt. Droppens inre fylldes med ett cytoskelettliknande nätverk av proteinfilament och membranbundna vattenvakuoler. Den frigjorda bakterien DNA- komprimerades till en enda struktur som liknade en kärna.
Därefter implanterade forskare levande bakterier i protocellerna för att generera självförsörjande ATP-produktion och långsiktig energi för glykolys, genuttryck och cytoskelettsammansättning. Märkligt nog utvecklade de protolivande konstruktionerna ett yttre utseende som liknar en amöba på grund av lokal bakterietillväxt och metabolism, vilket skapade ett cellulärt bioniskt system med integrerade naturtrogna egenskaper.
Motsvarande författare professor Stephen Mann sa: ”Att uppnå hög organisatorisk och funktionell komplexitet i syntetiska celler är svårt, särskilt under förhållanden nära jämvikt. Förhoppningsvis kommer vårt nuvarande bakteriogena tillvägagångssätt att bidra till att öka komplexiteten hos nuvarande protocellmodeller, underlätta integrationen av otaliga biologiska komponenter och möjliggöra utvecklingen av energiserade cytomimetiska system."
Första författaren Dr. Can Xu, forskningsassistent vid University of Bristol, lagt till: "Vårt tillvägagångssätt för sammansättning av levande material ger en möjlighet för nedifrån och upp-konstruktion av symbiotiska levande/syntetiska cellkonstruktioner. Till exempel, med hjälp av konstruerade bakterier, borde det vara möjligt att tillverka komplexa moduler för utveckling inom diagnostiska och terapeutiska områden av syntetisk biologi, biotillverkning och bioteknik i allmänhet.”
Tidskriftsreferens:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. et al. Sammansättning av levande material av bakteriogena protoceller. Natur (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
