Celler är livets grundläggande enhet. De ger en miljö för livets grundläggande molekyler att interagera, för att reaktioner ska äga rum och upprätthålla livet. Dock, den biologiska cellen är mycket komplicerad, gör det svårt att förstå vad som sker inuti den. Ett sätt att tackla detta biologiska problem är att designa en syntetisk minimalcell som ett enklare system jämfört med biologiska celler. Forskare vid Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics i Dresden och Max-Planck-Institute of Colloids and Interfaces i Potsdam åstadkom en sådan teknisk utmaning genom att bygga en syntetisk cell som kan kapsla in grundläggande biokemiska reaktioner. De visar också att ett så minimalt system kan reagera på förändringar i miljön.

Celler utgör de grundläggande byggstenarna i livet. De ger en distinkt och dynamisk miljö för organisering av molekyler och reaktioner som behövs för att upprätthålla liv. Inuti cellen finns otaliga molekyler inklusive DNA, proteiner, sockerarter, och fetter (lipider) som behöver komma samman på olika sätt. Att förstå, hur celler organiserar alla dessa komponenter för att fungera i en komplex miljö, forskare har byggt syntetiska celler med färre komponenter för att konstruera enkla system som efterliknar vissa cellulära processer. Detta forskningsområde syntetisk biologi kombinerar ingenjörsvetenskap och biologi och fokuserar på att ta delar av det naturliga biologiska systemet och förenkla det.

Trots stora framsteg inom det syntetiska biologiområdet, att bygga dynamiska system är fortfarande mycket svårt. Forskargruppen, finansierat genom MaxSynBio-nätverket, består av Dora Tang från Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics i Dresden i samarbete med Rumiana Dimova och Tom Robinson från Max-Planck-Institute of Colloids and Interfaces har nu byggt en syntetisk cell som kan reagera på förändringar i miljö. Forskarna konstruerade ett fack med ett membran som innehåller ett membranfritt underfack inuti. Detta underutrymme kan monteras och demonteras beroende på förändringar i miljön.

Responsiva underfack

Den viktigaste utmaningen under denna process var att skapa en underavdelning från molekyler som svävade i den syntetiska cellen. Dessa celler visualiserades med fluorescensmikroskopi. Celina kärlek, studiens första författare, förklarar:"Precis som våra smaklökar kan låta oss uppleva smaker som är salta eller sura, komponenter inuti en cell kan också svara på surheten i en miljö. Vi fann att genom att ändra pH i miljön, vi kan påverka beteendet hos molekyler som kommer samman och deras förmåga att bilda underavdelningar. Det var särskilt spännande att se hur kemiska reaktioner kunde slås på och av genom att ändra surheten i den syntetiska cellen."

Dora Tang, handledaren för studien, ger en syn:"Vårt arbete är ett stort steg framåt i utformningen av mer komplexa syntetiska celler som kan efterlikna biologiska beteenden. Detta avstämbara syntetiska system ger spännande möjligheter för att ta itu med grundläggande frågor inom biologi, till exempel hur celler integrerar en mängd olika signaler från omgivningen för att utföra och ställa in grundläggande cellulära funktioner som metabolism."