Protocellgæster flygter fra reden

Forskere ved University of Bristol har vist, at hjemmehørende kunstige celler opgiver deres protocelleværter ved at vise antagonistisk adfærd ved modtagelse af et kemisk signal.

Arbejdet åbner nye perspektiver for at udvikle syntetiske bløde materialer udstyret med livlignende egenskaber.

Levende celler samarbejder og konkurrerer med hinanden for at maksimere deres overlevelse og optimere deres kollektive adfærd. Reproducering af denne adfærd i lokalsamfund af syntetiske cellelignende enheder (protoceller) er ekstremt udfordrende og kræver, at forskellige typer protoceller bringes sammen i umiddelbar nærhed, så de kan fungere i fællesskab, eller alternativt, arbejde mod hinanden.

I en ny undersøgelse offentliggjort i dag i Naturkommunikation , Professor Stephen Mann fra Bristols kemiske skole, sammen med kollegerne Dr. Nicolas Martin, Yan Qiao, Richard Booth og Mei Li i Bristol Center for Protolife Research, og den franske samarbejdspartner Jean-Paul Douliez fra University of Bordeaux har taget fat på denne udfordring ved at designe to typer enzymholdige protoceller, som når de blandes spontant samles til indlejrede vært-gæst-fællesskaber, der fungerer synergistisk eller antagonistisk afhængigt af styrken af ​​et kemisk signal.

Teamet brugte store dråber af et pH-følsomt fedtsyrekompleks (coacervat) og små proteinpolymer-mikrokapsler (proteinosomer) som vært- og gæsteprotokeller, henholdsvis. Ved at konstruere attraktive interaktioner mellem de to typer protoceller, proteinosomerne blev spontant fanget og internaliseret i de coacervate mikrodråber for at producere et indlejret samfund.

Forskerne oplader enzymatisk det indlejrede samfund ved at fange glucoseoxidase og peberrodsperoxidase inde i proteinosomerne og coacervere mikrodråber, henholdsvis. Tilsætning af små mængder glukose i miljøet frembragte et kooperativt samspil mellem værts- og gæsteprotokeller, således at de to enzymer arbejdede sammen for at producere en rumligt koblet kemisk kaskade.

Imidlertid, forøgelse af niveauet for glukosesignalet vendte gæsteprotokellerne mod deres vært, hvilket førte til pH-induceret demontering af coacervatdråberne og frigivelse af de residente proteinosomer. Et overraskende træk ved selvkonfigurationsprocessen var, at dråberne omstruktureredes til små fedtsyrevesikler, der blev fanget inde i de udstødte proteinosomer for at producere en ny type indlejrede protoceller.

Professor Stephen Mann sagde:"Selvom forskningen er på et tidligt stadium, vores langsigtede vision er at udvikle dynamiske interaktionsnetværk i syntetiske protocellemiljøer. Dette kan tilbyde nye muligheder for design af funktionelle livlignende mikrosystemer, der fungerer sammen som f.eks. Smarte sensorer, lægemiddelleverings- og frigivelsesmidler, og mikroskala moduler til energioptagelse og lagring. "