Kunstige celler reagerer på miljøændringer

Celler er den grundlæggende enhed i livet. De giver et miljø for livets grundlæggende molekyler til at interagere, for at reaktioner kan finde sted og opretholde livet. Imidlertid, den biologiske celle er meget kompliceret, gør det svært at forstå, hvad der foregår inde i den. En måde at tackle dette biologiske problem på er at designe en syntetisk minimalcelle som et enklere system sammenlignet med biologiske celler. Forskere ved Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics i Dresden og Max-Planck-Institute of Colloids and Interfaces i Potsdam opnåede en sådan ingeniørudfordring ved at bygge en syntetisk celle, der kan indkapsle fundamentale biokemiske reaktioner. De viser også, at et så minimalt system kan reagere på ændringer i miljøet.

Celler udgør de grundlæggende byggesten i livet. De giver et særskilt og dynamisk miljø til organisering af molekyler og reaktioner, der er nødvendige for at opretholde liv. Inde i cellen er der utallige molekyler inklusive DNA, proteiner, sukkerarter, og fedtstoffer (lipider), der skal komme sammen på forskellige måder. At forstå, hvordan celler organiserer alle disse komponenter til at fungere i et komplekst miljø, videnskabsmænd har bygget syntetiske celler med færre komponenter for at konstruere simple systemer, der efterligner visse cellulære processer. Dette forskningsfelt inden for syntetisk biologi kombinerer teknik og biologi og fokuserer på at tage dele af det naturlige biologiske system og forenkle det.

På trods af store fremskridt inden for syntetisk biologi, at bygge dynamiske systemer er stadig meget vanskeligt. Forskerholdet, finansieret gennem MaxSynBio netværket, består af Dora Tang fra Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics i Dresden i samarbejde med Rumiana Dimova og Tom Robinson fra Max-Planck-Institute of Colloids and Interfaces har nu bygget en syntetisk celle, der kan reagere på ændringer i miljø. Forskerne konstruerede et rum med en membran, der indeholder et membranfrit underrum indeni. Dette underrum kan samles og skilles ad afhængigt af ændringer i miljøet.

Responsive underkamre

Den vigtigste udfordring under denne proces var at skabe et underrum fra molekyler, der svævede i den syntetiske celle. Disse celler blev visualiseret ved fluorescensmikroskopi. Celina Kærlighed, undersøgelsens første forfatter, forklarer:"Ligesom vores smagsløg kan lade os opleve smag, der er salt eller sur, komponenter inde i en celle kan også reagere på surheden i et miljø. Vi fandt ud af, at ved at ændre pH i miljøet, vi kan påvirke adfærden af ​​molekyler, der kommer sammen, og deres evne til at danne underrum. Det var især spændende at se, hvordan kemiske reaktioner kunne tændes og slukkes ved at ændre surhedsgraden i den syntetiske celle."

Dora Tang, studievejleder, giver et perspektiv:"Vores arbejde er et stort skridt fremad i designet af mere komplekse syntetiske celler, der kan efterligne biologisk adfærd. Dette afstembare syntetiske system præsenterer spændende muligheder for at løse grundlæggende spørgsmål inden for biologi, såsom hvordan celler integrerer en lang række og forskellige signaler fra miljøet for at udføre og indstille grundlæggende cellulære funktioner såsom metabolisme. "