Enzymdrevne protoceller stiger til toppen

Forskere ved University of Bristol har med succes samlet enzymdrevne kunstige celler, der kan flyde eller synke afhængigt af deres indre kemiske aktivitet. Værket giver en ny tilgang til at designe komplekse livlignende egenskaber i ikke-levende materialer.

Mikroorganismer har udviklet en høj grad af kontrol over deres bevægelse ved hjælp af motilitetsmekanismer, der i deres enkleste form inkluderer simpel glidning og gasbobleopdrift.

Kopiering af disse processer i kunstige cellelignende enheder (protoceller) er fortsat en betydelig udfordring og lægger en alvorlig begrænsning på at designe syntetiske protoceller, der er i stand til logistiske operationer, der involverer rettet transport af lægemiddelmolekyler og fjernmåling af miljøforurenende stoffer.

I en ny undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkemi , Professor Stephen Mann fra University of Bristols School of Chemistry, har sammen med kollegerne Pavan Kumar og Avinash Patil i Bristol Center for Protolife Research løst denne udfordring ved at designe en ny type modelprotocelle baseret på selvsamling af DNA og ler.

To forskellige typer enzymer - katalase og glucoseoxidase - er fanget inde i protocellerne og bruges som kemiske motorer til at tænde eller slukke, henholdsvis, dannelsen af ​​iltbobler.

De katalase-genererede gasbobler fanges inde i protocellerne, så mikrokapslerne bliver flydende og bevæger sig opad i vandsøjlen. De stiger derefter tilbage til deres oprindelige placering ved at bruge ilten som brændstof til glucoseoxidase.

Som en konsekvens, protocellerne svinger op og ned i vandsøjlen. Forskerne bruger denne programmerbare motilitet til selvsortering af blandede protocellesamfund, til flotation af makroskopiske objekter og til adgang til og behandling af fjerntliggende kemiske miljøer.

Professor Mann sagde "Dette arbejde kan åbne en ny horisont inden for protocelleforskning, hvor bevægelse og cellelignende operationer kan kobles over relativt lange afstande.

"For eksempel, oscillerende bevægelse af de flydende protoceller kan bruges til at overføre de bevægelige protoceller ind og ud af lyse eller mørke zoner i vandsøjlen for at etablere en rudimentær form for fototrofisk adfærd.

"Selvom forskningen er på et tidligt stadie, Vores overordnede vision er at udvikle nye proto-biologiske teknologier til udvikling af funktionelle mikroskalasystemer med naturtro egenskaber."