Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Forskare har utnyttjat potentialen hos bakterier för att hjälpa till att bygga avancerade syntetiska celler som efterliknar verkliga funktioner.
Forskningen, ledd av University of Bristol och publicerad idag i Nature , gör viktiga framsteg när det gäller att distribuera syntetiska celler, kända som protoceller, för att mer exakt representera de komplexa sammansättningarna, strukturen och funktionen hos levande celler.
Att etablera verklighetstrogna funktionalitet i protoceller är en global stor utmaning som spänner över flera områden, allt från nedifrån och upp syntetisk biologi och bioteknik till forskning om livets ursprung. Tidigare försök att modellera protoceller med mikrokapslar har misslyckats, så teamet av forskare vände sig till bakterier för att bygga komplexa syntetiska celler med hjälp av en sammansättningsprocess för levande material.
Professor Stephen Mann från University of Bristols School of Chemistry och Max Planck Bristol Center for Minimal Biology tillsammans med kollegorna Drs Can Xu, Nicolas Martin (för närvarande vid University of Bordeaux) och Mei Li i Bristol Center for Protolife Research har visat ett tillvägagångssätt för konstruktion av mycket komplexa protoceller med hjälp av trögflytande mikrodroppar fyllda med levande bakterier som en mikroskopisk byggplats.
I det första steget exponerade teamet de tomma dropparna för två typer av bakterier. En population fångades spontant inuti dropparna medan den andra fångades vid droppytan.
Sedan förstördes båda typerna av bakterier så att de frigjorda cellkomponenterna förblev fångade inuti eller på ytan av dropparna för att producera membranbelagda bakteriogena protoceller innehållande tusentals biologiska molekyler, delar och bitar av maskiner.
Forskarna upptäckte att protocellerna kunde producera energirika molekyler (ATP) via glykolys och syntetisera RNA och proteiner genom genuttryck in vitro, vilket tyder på att de ärvda bakteriekomponenterna förblev aktiva i de syntetiska cellerna.
För att ytterligare testa kapaciteten hos denna teknik använde teamet en serie kemiska steg för att omforma de bakteriogena protocellerna strukturellt och morfologiskt. Det frigjorda bakteriella DNA:t kondenserades till en enda kärnliknande struktur, och droppens inre infiltrerades med ett cytoskelettliknande nätverk av proteinfilament och membranbundna vattenvakuoler.
Som ett steg mot konstruktionen av en syntetisk/levande cellenhet, implanterade forskarna levande bakterier i protocellerna för att generera självförsörjande ATP-produktion och långsiktig energisering för glykolys, genuttryck och cytoskelettsammansättning. Märkligt nog antog de protolivande konstruktionerna en amöbaliknande yttre morfologi på grund av bakteriell metabolism och tillväxt på plats för att producera ett cellulärt bioniskt system med integrerade naturtrogna egenskaper.
Motsvarande författare professor Stephen Mann säger att "att uppnå hög organisatorisk och funktionell komplexitet i syntetiska celler är svårt, särskilt under förhållanden nära jämvikt. Förhoppningsvis kommer vårt nuvarande bakteriogena tillvägagångssätt att bidra till att öka komplexiteten hos nuvarande protocellmodeller, underlätta integrationen av otaliga biologiska komponenter och möjliggör utvecklingen av energisatta cytomimetiska system."
Förstaförfattaren Dr. Can Xu, forskningsassistent vid University of Bristol, tillade att deras "tillvägagångssätt för sammansättning av levande material ger en möjlighet för nedifrån-och-upp-konstruktion av symbiotiska levande/syntetiska cellkonstruktioner. Till exempel bör man använda konstruerade bakterier. möjligt att tillverka komplexa moduler för utveckling inom diagnostiska och terapeutiska områden inom syntetisk biologi såväl som inom biotillverkning och bioteknik i allmänhet." + Utforska vidare
