Forskare vid University of Bristol har framgångsrikt monterat enzymdrivna artificiella celler som kan flyta eller sjunka beroende på deras inre kemiska aktivitet. Arbetet ger ett nytt tillvägagångssätt för att designa komplexa livliknande egenskaper i icke-levande material.

Mikroorganismer har utvecklat en hög grad av kontroll över sin rörelse med hjälp av rörlighetsmekanismer som i sin enklaste form inkluderar enkel glidning och gasbubbla.

Att kopiera dessa processer i artificiella cellliknande enheter (protoceller) är fortfarande en stor utmaning och utgör en allvarlig begränsning för att designa syntetiska protoceller som kan logistiska operationer som involverar riktad transport av läkemedelsmolekyler och fjärranalys av miljöföroreningar.

I en ny studie publicerad idag i tidskriften Naturkemi , Professor Stephen Mann från University of Bristols kemiska högskola, tillsammans med kollegorna Pavan Kumar och Avinash Patil i Bristol Center for Protolife Research har hanterat denna utmaning genom att designa en ny typ av modellprotocell baserad på självmontering av DNA och lera.

Två olika typer av enzymer-katalas och glukosoxidas-fångas inuti protocellerna och används som kemiska motorer för att slå på eller stänga av, respektive, bildandet av syrebubblor.

De katalasgenererade gasbubblorna fångas inuti protocellerna så att mikrokapslarna blir flytande och rör sig uppåt i vattenpelaren. De går sedan tillbaka till sin ursprungliga plats genom att använda syret som bränsle för glukosoxidas.

Som en konsekvens, protocellerna pendlar upp och ner i vattenpelaren. Forskarna använder denna programmerbara rörlighet för självsortering av blandade protocellgemenskaper, för flotation av makroskopiska föremål och för åtkomst och behandling av avlägsna kemiska miljöer.

Professor Mann sa "Detta arbete kan öppna en ny horisont inom protocellforskning där rörelse och cellliknande operationer kan kopplas över relativt långa avstånd.

"Till exempel, oscillerande rörelse av de flytande protocellerna kan användas för att överföra de rörliga protocellerna in och ut ur ljusa eller mörka zoner i vattenspelaren för att upprätta en rudimentär form av fototrofiskt beteende.

"Även om forskningen är i ett tidigt skede, vår övergripande vision är att utveckla nya proto-biologiska tekniker för utveckling av funktionella mikroskalsystem med livliknande egenskaper. "