Studiul face progrese majore în utilizarea celulelor sintetice, sau protocelulelor, pentru a imita mai precis compoziția, structura și funcțiile complicate ale celulelor vii.
Cercetătorii au folosit bacterii pentru a ajuta la dezvoltarea celulelor sintetice avansate care imită funcționalitatea din viața reală a celulelor.
Studiul, realizat de Universitatea din Bristol și publicat în revista Nature, avansează dezvoltarea celulelor sintetice, sau protocelulelor, pentru a reproduce mai precis compoziția, structura și funcția complexă a celulelor vii.
Stabilirea unei funcționalități realiste în protocelule este o mare provocare globală care implică mai multe domenii, de la originea cercetării vieții până la biologia sintetică de jos în sus și bioinginerie.
Din cauza eșecurilor anterioare în modelarea protocelulelor folosind microcapsule, echipa de cercetare a apelat la bacterii pentru a construi celule sintetice sofisticate utilizând un proces de asamblare a materialului viu.
Profesorul Stephen Mann de la Școala de Chimie de la Universitatea din Bristol și Centrul Max Planck Bristol pentru Biologie Minimală și colegii Dr. Can Xu, Nicolas Martin (acum la Universitatea din Bordeaux) și Mei Li de la Centrul Bristol pentru Cercetare Protolife au demonstrat o metodă pentru construirea de protocelule foarte complexe folosind micro-picături vâscoase umplute cu bacterii vii ca șantier de construcție microscopică.
Grupul a expus inițial picăturile goale la două tipuri diferite de bacterii. O populație a fost capturată spontan în interiorul picăturilor, în timp ce cealaltă a fost închisă la suprafața picăturilor.
Apoi, ambele tipuri de bacterii au fost distruse, astfel încât componentele celulare eliberate au rămas prinse în interior sau pe suprafața picăturilor pentru a produce protocelule bacteriogene acoperite cu membrană care conțin mii de molecule biologice.
Cercetătorii au descoperit că protocelulele au fost capabile să producă molecule bogate în energie (ATP) prin glicoliză și să sintetizeze ARN și proteine prin expresia genei in vitro, ceea ce indică faptul că componentele bacteriene moștenite au rămas active în celulele sintetice.
Testând în continuare capacitatea acestei tehnici, echipa a folosit o serie de pași chimici pentru a remodela protocelulele bacteriogene din punct de vedere structural și morfologic. ADN-ul bacterian eliberat a fost condensat într-o singură structură asemănătoare nucleului, iar interiorul picăturilor s-a infiltrat cu o rețea asemănătoare citoscheletului de filamente de proteine și vacuole de apă delimitate de membrană.
Ca un pas către construirea unei entități celulare sintetice/vii, cercetătorii au implantat bacterii vii în protocelule pentru a genera producție auto-sustenabilă de ATP și energizare pe termen lung pentru glicoliză, expresie genică și asamblare citoscheletică.
În mod curios, construcţiile protoliving au adoptat o morfologie externă asemănătoare amibei datorită metabolismului și creșterii bacteriene la fața locului pentru a produce un sistem bionic celular cu proprietăți integrate asemănătoare vieții.
„Atingerea unei complexități organizaționale și funcționale ridicate în celulele sintetice este dificilă, mai ales în condiții aproape de echilibru. Sperăm că abordarea noastră bacteriogenă actuală va ajuta la creșterea complexității modelelor actuale de protocelule, va facilita integrarea nenumăratelor componente biologice și va permite dezvoltarea sistemelor citomimetice energizate.” a spus autorul corespondent, Profesorul Stephen Mann.
„Abordarea noastră de asamblare a materialelor vii oferă o oportunitate pentru construcția de jos în sus a structurilor simbiotice de celule vii/sintetice. De exemplu, folosind bacterii modificate, ar trebui să fie posibilă fabricarea de module complexe pentru dezvoltare în domeniile diagnostice și terapeutice ale biologiei sintetice, precum și în bioproducție și biotehnologie în general.” a adăugat Dr. Can Xu, asociat de cercetare la Universitatea din Bristol.
Articol de Răzvan Lupu
