Opdeling og vækst af syntetiske vesikler

En stor udfordring for produktionen af ​​syntetiske celler er, at de skal kunne dele sig for at få afkom. I journalen Angewandte Chemie , et team fra Heidelberg har nu introduceret en reproducerbar delingsmekanisme for syntetiske vesikler. Det er baseret på osmose og kan kontrolleres ved en enzymatisk reaktion eller lys.

Organismer kan ikke bare komme ud af livløst materiale ("abiogenese"), celler kommer altid fra allerede eksisterende celler. Udsigten til syntetiske celler, der er nybygget fra bunden, ændrer dette paradigme. Imidlertid, en hindring på denne vej er spørgsmålet om kontrolleret opdeling - et krav for at have "afkom".

Et team fra Max Planck Institute for Medical Research i Heidelberg, Heidelberg Universitet, Max Planck School Matter to Life, og Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order, ledet af Kerstin Göpfrich, har nu nået en milepæl ved at opnå fuldstændig kontrol over opdeling af vesikler. For at opnå dette, de producerede "gigantiske unilamellare vesikler, "som er bobler i mikrometerstørrelse med en skal fremstillet af et lipid-dobbeltlag, der ligner en naturlig membran. En række lipider blev kombineret for at producere faseseparerede vesikler-vesikler med membranhalvkugler, der har forskellige sammensætninger. Når koncentrationen af ​​opløste stoffer i den omgivende løsning øges, osmose får vand til at forlade vesiklen gennem membranen. Dette krymper volumet af vesiklen, mens membranoverfladen holdes lige. Den resulterende spænding ved fasegrænsefladen deformerer vesiklerne. De indsnævrer sig langs deres "ækvator"-i stigende grad med stigende osmotisk tryk-indtil de to halvdele adskilles fuldstændigt for at danne to (nu enfasede) "datterceller" med forskellige membransammensætninger. Når separationen, der sker, kun afhænger af koncentrationsforholdet mellem osmotisk aktive partikler (osmolaritet) og er uafhængig af vesikelens størrelse.

Den metode, hvormed osmolariteten hæves, spiller heller ingen rolle. De metoder, teamet brugte, omfattede brug af en saccharoseopløsning og tilsætning af et enzym, der deler glukose og fructose for langsomt at øge koncentrationen. Ved hjælp af lys til at starte opsplitning af molekyler i opløsningen gav forskerne fuldstændig rumlig og tidsmæssig kontrol over adskillelsen. Brug af tæt kontrolleret, lokal bestråling tillod koncentrationen at øges selektivt omkring en enkelt vesikel, udløser det til selektivt at opdele.

Teamet er også i stand til at vokse enkeltfasecellerne tilbage til faseseparerede vesikler ved at fusionere dem med små vesikler, der har den anden type membran. Dette blev muliggjort ved at vedhæfte enkelte DNA -tråde til begge forskellige membrantyper. Disse binder til hinanden og bringer membraner i dattercellen og mini vesiklen i meget tæt kontakt, så de kan smelte sammen. De resulterende gigantiske vesikler kan efterfølgende undergå yderligere delingscyklusser.

"Selvom disse syntetiske opdelingsmekanismer adskiller sig markant fra levende celler, "siger Göpfrich, "spørgsmålet opstår, om lignende mekanismer spillede en rolle i begyndelsen af ​​livet på jorden eller er involveret i dannelsen af ​​intracellulære vesikler."