Forskare vid University of Bristol har visat att inhemska artificiella celler överger sina protocellvärdar genom att visa antagonistiskt beteende när de tar emot en kemisk signal.

Arbetet öppnar nya perspektiv för att utveckla syntetiska mjuka material med naturtrogna egenskaper.

Levande celler samarbetar och konkurrerar med varandra för att maximera sin överlevnad och optimera sitt kollektiva beteende. Att reproducera dessa beteenden i samhällen av syntetiska cellliknande enheter (protoceller) är extremt utmanande och kräver att olika typer av protoceller sammanförs i nära anslutning så att de kan fungera unisont, eller alternativt, arbeta mot varandra.

I en ny studie publicerad idag i Naturkommunikation , Professor Stephen Mann från Bristol's School of Chemistry, tillsammans med kollegor Dr. Nicolas Martin, Yan Qiao, Richard Booth och Mei Li i Bristol Center for Protolife Research, och den franske samarbetspartnern Jean-Paul Douliez från University of Bordeaux har tagit sig an denna utmaning genom att designa två typer av enzyminnehållande protoceller, som när de blandas ihop spontant samlas till kapslade värd-gäst-gemenskaper som fungerar synergistiskt eller antagonistiskt beroende på styrkan hos en kemisk signal.

Teamet använde stora droppar av ett pH-känsligt fettsyrakomplex (koacervat) och små protein-polymer-mikrokapslar (proteinosomer) som värd- och gästprotoceller, respektive. Genom att konstruera attraktiva interaktioner mellan de två typerna av protoceller, proteinosomerna fångades spontant och internaliserades i de koacervata mikrodropparna för att producera en kapslad gemenskap.

Forskarna laddade enzymatiskt det kapslade samhället genom att fånga glukosoxidas och pepparrotsperoxidas inuti proteinosomerna och koacervata mikrodroppar, respektive. Tillsats av låga mängder glukos till miljön producerade en samverkande interaktion mellan värden och gästprotoceller så att de två enzymerna arbetade tillsammans för att producera en rumsligt kopplad kemisk kaskad.

Dock, ökning av nivån på glukossignalen vände gästprotocellerna mot sin värd, vilket ledde till pH-inducerad demontering av koacervatdropparna och frisättning av de inhemska proteinosomerna. Ett överraskande särdrag i självrekonfigurationsprocessen var att dropparna omstrukturerades till små fettsyravesiklar som fastnade inuti de utstötta proteinosomerna för att producera en ny typ av kapslade protoceller.

Professor Stephen Mann sa:"Även om forskningen är i ett tidigt skede, vår långsiktiga vision är att utveckla dynamiska interaktionsnätverk i syntetiska protocellgemenskaper. Detta skulle kunna erbjuda nya möjligheter för design av funktionella verklighetstrogna mikrosystem som fungerar kollektivt, till exempel som smarta sensorer, läkemedelstillförsel och frisättningsmedel, och mikroskala moduler för energifångning och lagring."