Celle på en chip afslører proteinadfærd

En forenklet version af en kunstig celle producerer funktionelle proteiner og sorterer dem endda.

Årevis, forskere over hele verden har drømt om at bygge en komplet, funktionelle, kunstig celle. Selvom dette syn stadig er en fjern sløring i horisonten, mange gør fremskridt på forskellige fronter. Prof. Roy Bar-Ziv og hans forskerhold i Weizmann Instituttets afdeling for materiale og grænseflader tog for nylig et væsentligt skridt i denne retning, da de skabte en todimensionel, cellelignende system på en glaschip. Dette system, sammensat af nogle af de grundlæggende biologiske molekyler, der findes i celler - DNA, RNA, proteiner – udfører en af ​​de centrale funktioner i en levende celle:genekspression, den proces, hvorved den information, der er lagret i generne, omsættes til proteiner. Mere end det, det gjorde det muligt for forskerne, ledet af forskningsstuderende Yael Heyman, at opnå "snapshots" af denne proces i nanoskala opløsning.

Systemet, bestående af glasspåner, der kun er otte nanometer tykke, er baseret på en tidligere designet i Bar-Zivs laboratorium af Dr. Shirley Daube og tidligere studerende Dr. Amnon Buxboim. Efter at være blevet belagt med et lysfølsomt stof, chipsene bestråles med fokuserede stråler af ultraviolet lys, som gør det muligt for de biologiske molekyler at binde sig til stoffet i de bestrålede områder. På denne måde forskerne kunne præcist placere DNA-molekyler, der koder for et protein markeret med en grøn fluorescerende markør i et område af chippen og antistoffer, der "fanger" de farvede proteiner i et tilstødende område. Da de observerede chipsene under et fluorescensmikroskop, området, hvor de havde placeret antistofferne, blev lysende grønt. Dette betød, at DNA-instruktionerne var blevet kopieret ind i RNA-molekyler, som igen blev oversat til fluorescerende grønne proteiner. De grønne proteiner blev derefter fanget af antistofferne.

Næste, forskerne spurgte, om deres cellelignende system kunne reproducere komplekse strukturelle samlinger af naturligt forekommende proteiner. Denne gang, de knyttede et viralt gen til chipsens overflade, der koder for et protein, der kan samle sig selv til et nanorør. Med hjælp fra Dr. Sharon Wolf fra Electron Microscopy Unit, de observerede en skov af små rør, der spirede fra antistofområdet under et elektronmikroskop.

Forskerne søgte derefter en måde at producere og fange flere proteiner på samtidigt ved at begrænse hvert protein i området for dets gen på chippen. Oven på chippen, hvortil DNA'et, der koder for grønne proteiner, var bundet, forskerne tilføjede en opløsning med et andet gen, der koder for et rødt protein. De resulterende røde og grønne proteiner konkurrerede om binding til antistoffælderne, hvilket giver en graderet rumlig adskillelse, hvor antistofferne tættest på de grønne gener havde den højeste koncentration af grønt protein, med røde koncentrationer, der stiger længere væk.

Resultaterne af denne forskning dukkede for nylig op i Natur nanoteknologi .

Bar-Ziv:"Vi har vist, at det er muligt at bygge en protein-"produktionslinje" uden for cellen og bruge den til at observere et spektrum af proteinaktiviteter." I fremtiden, et sådant system kan bevæge sig fra at muliggøre observation af proteiner til at danne grundlag for teknikker til at skabe komplekse, aktive proteinstrukturer efter behov.