Fremtidens medicin kunne være kunstige livsformer

At skabe kunstigt liv er et tilbagevendende tema i både videnskab og populærlitteratur, hvor det fremtryller billeder af krybende slimvæsner med ondsindede hensigter eller supersøde designerkæledyr. Samtidig melder spørgsmålet sig:Hvilken rolle skal kunstigt liv spille i vores miljø her på Jorden, hvor alle livsformer er skabt af naturen og har deres eget sted og formål?

Lektor Chenguang Lou fra Institut for Fysik, Kemi og Farmaci, Syddansk Universitet er sammen med professor Hanbin Mao fra Kent State University forælder til et særligt kunstigt hybridmolekyle, der kan føre til skabelsen af ​​kunstige livsformer. De har offentliggjort en anmeldelse i tidsskriftet Cell Reports Physical Science om forskningstilstanden på feltet bag deres tilblivelse. Feltet kaldes "hybrid peptid-DNA nanostrukturer," og det er et spirende felt, mindre end 10 år gammelt.

Lous vision er at skabe virale vacciner (modificerede og svækkede versioner af en virus) og kunstige livsformer, der kan bruges til at diagnosticere og behandle sygdomme.

"I naturen har de fleste organismer naturlige fjender, men nogle har ikke. For eksempel har nogle sygdomsfremkaldende vira ingen naturlig fjende. Det ville være et logisk skridt at skabe en kunstig livsform, som kunne blive en fjende for dem," han siger.

På samme måde forestiller han sig, at sådanne kunstige livsformer kan fungere som vacciner mod virusinfektion og kan bruges som nanorobotter eller nanomaskiner fyldt med medicin eller diagnostiske elementer og sendt ind i en patients krop.

"En kunstig virusvaccine kan være omkring 10 år væk. En kunstig celle er på den anden side i horisonten, fordi den består af mange elementer, der skal kontrolleres, før vi kan begynde at bygge med dem. Men med den viden, vi har , er der i princippet ingen hindring for at producere kunstige cellulære organismer i fremtiden," siger han.

Hvad er byggestenene, som Lou og hans kolleger på dette felt vil bruge til at skabe virale vacciner og kunstigt liv? DNA og peptider er nogle af de vigtigste biomolekyler i naturen, hvilket gør DNA-teknologi og peptidteknologi til de to mest kraftfulde molekylære værktøjer i det nanoteknologiske værktøjssæt i dag.

DNA-teknologi giver præcis kontrol over programmering, fra atomniveau til makroniveau, men den kan kun give begrænsede kemiske funktioner, da den kun har fire baser:A, C, G og T. Peptidteknologi kan derimod give tilstrækkelige kemiske funktioner i stor skala, da der er 20 aminosyrer at arbejde med. Naturen bruger både DNA og peptider til at bygge forskellige proteinfabrikker, der findes i celler, så de kan udvikle sig til organismer.

For nylig er det lykkedes Hanbin Mao og Chenguang Lou at forbinde designede trestrengede DNA-strukturer med trestrengede peptidstrukturer og dermed skabe et kunstigt hybridmolekyle, der kombinerer styrkerne fra begge. Dette arbejde blev udgivet i Nature Communications i 2022.

Andre steder i verden arbejder andre forskere også på at forbinde DNA og peptider, fordi denne forbindelse danner et stærkt fundament for udviklingen af ​​mere avancerede biologiske entiteter og livsformer.

På Oxford University er det lykkedes for forskere at bygge en nanomaskine lavet af DNA og peptider, der kan bore gennem en cellemembran og skabe en kunstig membrankanal, som små molekyler kan passere igennem.

Ved Arizona State University har Nicholas Stephanopoulos og kolleger gjort det muligt for DNA og peptider at samle sig selv til 2D- og 3D-strukturer.

Ved Northwest University har forskere vist, at mikrofibre kan dannes i forbindelse med DNA og peptider, der samler sig selv. DNA og peptider fungerer på nanoniveau, så når man tager størrelsesforskellene i betragtning, er mikrofibre enorme.

På Ben-Gurion University of the Negev har forskere brugt hybridmolekyler til at skabe en løglignende sfærisk struktur indeholdende kræftmedicin, som lover at blive brugt i kroppen til at målrette mod kræftsvulster.

"I min optik er den overordnede værdi af alle disse indsatser, at de kan bruges til at forbedre samfundets evne til at diagnosticere og behandle syge mennesker. Ser jeg fremad vil jeg ikke blive overrasket over, at vi en dag vilkårligt kan skabe hybride nanomaskiner, virusvacciner og selv kunstige livsformer fra disse byggesten for at hjælpe samfundet med at bekæmpe de svære at helbrede sygdomme, det ville være en revolution inden for sundhedsvæsenet," siger Chenguang Lou.

Flere oplysninger: Peptid-DNA konjugerer som byggesten til de novo design af hybride nanostrukturer, Cell Reports Physical Science (2023). dx.doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101620

Journaloplysninger: Cell Rapporter Fysisk Videnskab , Nature Communications

Leveret af Syddansk Universitet