Forskning ved hjælp af bakterier bringer videnskabsmænd et skridt tættere på at skabe kunstige celler med naturtro funktionalitet

Forskere har udnyttet bakteriernes potentiale til at hjælpe med at opbygge avancerede syntetiske celler, som efterligner virkelighedens funktionalitet.

Forskningen, ledet af University of Bristol og offentliggjort i dag i Nature , gør vigtige fremskridt med at implementere syntetiske celler, kendt som protoceller, for mere præcist at repræsentere de komplekse sammensætninger, struktur og funktion af levende celler.

Etablering af naturtro funktionalitet i protoceller er en global stor udfordring, der spænder over flere felter, lige fra bottom-up syntetisk biologi og bioteknologi til forskning i livets oprindelse. Tidligere forsøg på at modellere protoceller ved hjælp af mikrokapsler er kommet til kort, så forskerholdet henvendte sig til bakterier for at bygge komplekse syntetiske celler ved hjælp af en proces til samling af levende materiale.

Professor Stephen Mann fra University of Bristol's School of Chemistry og Max Planck Bristol Center for Minimal Biology har sammen med kollegerne Drs Can Xu, Nicolas Martin (i øjeblikket ved University of Bordeaux) og Mei Li i Bristol Center for Protolife Research demonstreret en tilgang til konstruktion af meget komplekse protoceller ved hjælp af viskøse mikrodråber fyldt med levende bakterier som en mikroskopisk byggeplads.

I det første trin udsatte holdet de tomme dråber for to typer bakterier. En population blev spontant fanget i dråberne, mens den anden blev fanget ved dråbeoverfladen.

Derefter blev begge typer bakterier ødelagt, så de frigivne cellulære komponenter forblev fanget inde i eller på overfladen af ​​dråberne for at producere membranovertrukne bakteriogene protoceller indeholdende tusindvis af biologiske molekyler, dele og dele af maskineri.

Forskerne opdagede, at protocellerne var i stand til at producere energirige molekyler (ATP) via glykolyse og syntetisere RNA og proteiner ved in vitro genekspression, hvilket indikerer, at de nedarvede bakterielle komponenter forblev aktive i de syntetiske celler.

For yderligere at teste kapaciteten af ​​denne teknik brugte holdet en række kemiske trin til at ombygge de bakteriogene protoceller strukturelt og morfologisk. Det frigivne bakterielle DNA blev kondenseret til en enkelt kernelignende struktur, og dråbens indre infiltrerede med et cytoskelet-lignende netværk af proteinfilamenter og membranbundne vandvakuoler.

Som et skridt mod konstruktionen af ​​en syntetisk/levende celleentitet implanterede forskerne levende bakterier i protocellerne for at generere selvbærende ATP-produktion og langsigtet energi til glykolyse, genekspression og cytoskeletsamling. Mærkeligt nok adopterede de protolivende konstruktioner en amøbelignende ekstern morfologi på grund af bakteriel metabolisme og vækst på stedet for at producere et cellulært bionisk system med integrerede livlignende egenskaber.

Tilsvarende forfatter professor Stephen Mann siger, at "at opnå høj organisatorisk og funktionel kompleksitet i syntetiske celler er vanskeligt, især under forhold tæt på ligevægt. Forhåbentlig vil vores nuværende bakteriogene tilgang bidrage til at øge kompleksiteten af ​​nuværende protocellemodeller, lette integrationen af ​​utallige biologiske komponenter og muliggør udviklingen af ​​energigivende cytomimetiske systemer."

Førsteforfatter Dr. Can Xu, forskningsassistent ved University of Bristol, tilføjede, at deres "levende-materiale-samlingstilgang giver mulighed for bottom-up-konstruktion af symbiotiske levende/syntetiske cellekonstruktioner. muligt at fremstille komplekse moduler til udvikling inden for diagnostiske og terapeutiske områder inden for syntetisk biologi såvel som inden for biofremstilling og bioteknologi generelt." + Udforsk yderligere

Protoceller på jagt