Canlı ve cansız maddelerin bağlantı noktasında, yüksek organizasyonel karmaşıklığa ve çeşitli işlevlere sahip yapay hücrelerin kendiliğinden aşağıdan yukarıya yapılanmasını geliştirmek hala bir sorundur. Bu zorluğun üstesinden gelmek için Bristol Üniversitesi liderliğindeki bilim insanları, sentetik hücrelerProtohücreler olarak bilinen, mikroskobik bir inşaat alanı olarak canlı bakterilerle dolu viskoz mikro damlacıkları kullanan.
Gerçek hayattaki işlevselliği taklit eden bu gelişmiş sentetik hücreleri oluşturmak için bilim insanları bakterilerin potansiyelinden yararlandı. Boş damlacıkları iki tür bakteriye maruz bıraktılar: Bir popülasyon kendiliğinden damlacıkların içinde yakalanırken diğeri damlacık yüzeyinde sıkışıp kaldı.
Daha sonra her iki bakteri türünü de yok ettiler. Binlerce biyolojik molekül, parça ve makine içeren membran kaplı bakteriyojenik protohücrelerin üretilmesi için damlacıkların içinde veya yüzeyinde sıkışıp kalan hücresel bileşenlerin salınmasına neden olur.
Protohücrelerin üretebildiği gerçeği RNA ve proteinlerin in vitro gen ekspresyonuyla ve enerji açısından zengin moleküllerin (ATP) glikoliz yoluyla elde edilmesi, kalıtsal bakteriyel bileşenlerin sentetik hücrelerde kaldığını öne sürdü.
Bu tekniğin kapasitesini test etmek için bilim insanları bakteriyojenik protohücreleri yapısal ve morfolojik olarak yeniden şekillendirmek için bir dizi kimyasal adım kullandılar. Damlacığın içi protein filamentleri ve zara bağlı su vakuollerinden oluşan hücre iskeleti benzeri bir ağ ile doldurulmuştu. Serbest bırakılan bakteriyel DNA çekirdeğe benzeyen tek bir yapıya sıkıştırılmıştı.
Daha sonra bilim insanları, kendi kendine sürdürülebilir ATP üretimi ve glikoliz, gen ekspresyonu ve hücre iskeleti oluşumu için uzun vadeli enerji sağlamak amacıyla protohücrelere canlı bakteriler yerleştirdi. İlginç bir şekilde, ilkel yaşayan yapılar, yerel bakteri büyümesi ve metabolizması nedeniyle amip benzeri bir dış görünüm geliştirerek, entegre gerçekçi özelliklere sahip hücresel bir biyonik sistem yarattı.
Sorumlu yazar Profesör Stephen Mann şunları söyledi: "Sentetik hücrelerde yüksek organizasyonel ve işlevsel karmaşıklığa ulaşmak, özellikle dengeye yakın koşullar altında zordur. Umarız mevcut bakteriyojenik yaklaşımımız, mevcut protohücre modellerinin karmaşıklığını artırmaya, sayısız biyolojik bileşenin entegrasyonunu kolaylaştırmaya ve enerjilendirilmiş sitomimetik sistemlerin geliştirilmesine olanak sağlamaya yardımcı olacaktır."
İlk yazar Dr. Can Xu, Bristol Üniversitesi Araştırma Görevlisi, katma: "Canlı malzeme birleştirme yaklaşımımız, simbiyotik canlı/sentetik hücre yapılarının aşağıdan yukarıya inşası için bir fırsat sunuyor. Örneğin, tasarlanmış bakteriler kullanılarak, sentetik biyoloji, biyoimalat ve genel olarak biyoteknolojinin teşhis ve tedavi alanlarındaki gelişmelere yönelik karmaşık modüller üretmek mümkün olmalıdır.”
Dergi Referans:
- Xu, C., Martin, N., Li, M. ve diğerleri. Bakteriyojenik protohücrelerin canlı malzeme topluluğu. Tabiat (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05223-w
