ที่จุดเชื่อมโยงของสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิต การปรับปรุงการสร้างเซลล์เทียมจากล่างขึ้นบนที่เกิดขึ้นเองโดยมีความซับซ้อนขององค์กรสูงและการทำงานที่หลากหลายยังคงเป็นปัญหา เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยมหาวิทยาลัยบริสตอลได้สร้างขึ้น เซลล์สังเคราะห์ที่เรียกว่าโปรโตเซลล์ โดยใช้ไมโครดรอปเลตที่มีความหนืดซึ่งเต็มไปด้วยแบคทีเรียที่มีชีวิตเป็นจุดสร้างด้วยกล้องจุลทรรศน์
เพื่อสร้างเซลล์สังเคราะห์ขั้นสูงเหล่านี้ ซึ่งเลียนแบบการทำงานในชีวิตจริง นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ประโยชน์จากศักยภาพของแบคทีเรีย พวกเขานำหยดเปล่าไปสัมผัสกับแบคทีเรียสองประเภท: ประชากรกลุ่มหนึ่งถูกจับโดยธรรมชาติภายในหยด ในขณะที่อีกกลุ่มหนึ่งถูกขังอยู่ที่พื้นผิวของหยด
จากนั้นพวกเขาก็ทำลายแบคทีเรียทั้งสองชนิด ทำให้เกิดการปลดปล่อยส่วนประกอบของเซลล์ที่ยังคงติดอยู่ภายในหรือบนพื้นผิวของหยดเพื่อผลิตโปรโตเซลล์แบคทีเรียที่เคลือบด้วยเมมเบรนซึ่งมีโมเลกุลทางชีวภาพ ชิ้นส่วน และเครื่องจักรหลายพันชนิด
ความจริงที่โปรโตเซลล์สามารถสร้างได้ อาร์เอ็นเอ และโปรตีนโดยการแสดงออกของยีนในหลอดทดลองและโมเลกุลที่อุดมด้วยพลังงาน (ATP) ผ่านไกลโคไลซิส บ่งชี้ว่าส่วนประกอบของแบคทีเรียที่สืบทอดมายังคงมีอยู่ในเซลล์สังเคราะห์
เพื่อทดสอบความสามารถของเทคนิคนี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้ชุดขั้นตอนทางเคมีเพื่อสร้างเซลล์โปรโตเซลล์ที่สร้างแบคทีเรียขึ้นใหม่ทั้งทางโครงสร้างและทางสัณฐานวิทยา ภายในของหยดนั้นเต็มไปด้วยเครือข่ายเส้นใยโปรตีนและแวคิวโอลน้ำที่จับกับเมมเบรน แบคทีเรียที่ปล่อยออกมา ดีเอ็นเอ ถูกบีบอัดเป็นโครงสร้างเดียวคล้ายนิวเคลียส
ต่อจากนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ฝังแบคทีเรียที่มีชีวิตลงในโปรโตเซลล์เพื่อสร้างการผลิต ATP ด้วยตนเองที่ยั่งยืนและพลังงานระยะยาวสำหรับการสลายไกลโคไลซิส การแสดงออกของยีน และการประกอบโครงร่างไซโตสเกเลทัล สิ่งที่น่าประหลาดใจคือ โครงสร้างการสร้างโพรโทลิฟวิ่งได้พัฒนารูปลักษณ์ภายนอกให้คล้ายกับอะมีบา เนื่องจากการเจริญเติบโตของแบคทีเรียในท้องถิ่นและเมแทบอลิซึม ทำให้เกิดระบบไบโอนิคระดับเซลล์ที่มีคุณสมบัติเหมือนจริงในตัว
ศาสตราจารย์ Stephen Mann ผู้เขียนที่เกี่ยวข้องกล่าวว่า: “การบรรลุความซับซ้อนเชิงองค์กรและการทำงานระดับสูงในเซลล์สังเคราะห์เป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะที่ใกล้สมดุล หวังว่าวิธีการสร้างแบคทีเรียในปัจจุบันของเราจะช่วยเพิ่มความซับซ้อนของแบบจำลองโปรโตเซลล์ในปัจจุบัน อำนวยความสะดวกในการรวมส่วนประกอบทางชีวภาพมากมาย และเปิดใช้งานการพัฒนาระบบไซโตไมเมติกที่ได้รับพลังงาน”
ผู้เขียนคนแรก ดร. Can Xu ผู้ร่วมวิจัยที่มหาวิทยาลัย Bristol ที่เพิ่ม: “แนวทางการประกอบวัสดุที่มีชีวิตของเราเปิดโอกาสให้มีการสร้างโครงสร้างเซลล์ที่มีชีวิต/เซลล์สังเคราะห์จากล่างขึ้นบน ตัวอย่างเช่น การใช้แบคทีเรียที่ได้รับการออกแบบมา มันควรจะเป็นไปได้ที่จะสร้างโมดูลที่ซับซ้อนสำหรับการพัฒนาในด้านการวินิจฉัยและการรักษาของชีววิทยาสังเคราะห์ การผลิตทางชีวภาพ และเทคโนโลยีชีวภาพโดยทั่วไป”
การอ้างอิงวารสาร:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. และคณะ การประกอบวัสดุที่มีชีวิตของโปรโตเซลล์แบคทีเรีย ธรรมชาติ (2022). ดอย: 10.1038 / s41586-022-05223-W
