Forskere udvikler selvsorterende coacervater til højordens protocellenetværk

Protocellenetværk samlet af kunstige cellelignende rum er blevet udviklet til udvidelse af celle-efterlignende funktionaliteter, såsom signalbehandling, proteinekspression, morfologisk differentiering og energihøst.

Et forskerhold ledet af Prof. Qiao Yan fra Institut for Kemi ved Det Kinesiske Videnskabsakademi, Prof. Stephen Mann ved University of Bristol og Prof. Yiyang Lin ved Beijing University of Chemical Technology, har rapporteret en binær population af ikke-blandbare coacervate mikrodråber, der spontant selv kan sortere i indbyrdes forbundne protocelle netværk.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Nature Chemistry den 6. november.

Den selvsamlede protocelle-overbygning er termodynamisk organiseret i form af lineære og forgrenede kæder med en vekslende sekvens af flydende krystallinske koacervater og ikke-strukturerede mikrodråber, hvor de to ublandbare dråber klæber til hinanden. Netværkene er selvsorterede konstruktioner drevet af overfladeenergiminimering af koacervat-dråber i et tilbageholdende kraftfelt genereret af de lokale overfladeadhæsionsinteraktioner.

Disse to populationer af coacervater udviser distinkte indre strukturer og orden, hvor de flydende krystallinske dråber er befordrende for den selektive optagelse af proteiner, polysaccharider, lipider og ATP. I modsætning hertil er ikke-strukturerede coacervater dannet af positivt ladede polyelektrolytter og små molekyler i stand til at berige nukleinsyrer. Denne egenskab gør det muligt for protocellenetværk at lokalisere biokemiske reaktioner rumligt i separate rum.

Derudover overføres det forudindlæste oligonukleotid i flydende krystallinske koacervater til et tilstødende homogent domæne, eftersom opløseligheden af ​​oligonukleotid i modtagerdråberne er energetisk begunstiget.

Forskerne demonstrerede yderligere, at topografisk rekonfiguration af protocelle-netværk kunne stimuleres af vært-gæst-kompleksering, foto-isomerisering og salt-induceret opløsning.

Desuden brugte de protocelle-netværkene til at isolere oligonukleotider fra blandinger indeholdende proteiner, polysaccharider, lipider eller ATP. Protocelle-netværkene, der består af overfladekonstruerede koacervater, er i stand til at begrænse selv-/selvdråbesammensmeltning og samles til vævslignende 2D-superstrukturer.

De koacervat-baserede protocellesuperstrukturer repræsenterer et skridt i retning af den spontane orkestrering af kunstige multicellulære kolonier med højere ordens organisation og kollektive funktioner.

Flere oplysninger: Wenjing Mu et al., Superstrukturel ordning i selvsorterende koacervat-baserede protocellenetværk, Nature Chemistry (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01356-1

Journaloplysninger: Naturkemi

Leveret af Chinese Academy of Sciences