En stor utmaning för produktionen av syntetiska celler är att de måste kunna dela sig för att få avkomma. I journalen Angewandte Chemie , ett team från Heidelberg har nu introducerat en reproducerbar delningsmekanism för syntetiska vesiklar. Den är baserad på osmos och kan styras av en enzymatisk reaktion eller ljus.

Organismer kan inte bara komma ur livlöst material ("abiogenesis"), celler kommer alltid från redan existerande celler. Utsikten med syntetiska celler som nybyggts från grunden förändrar detta paradigm. Dock, ett hinder på denna väg är frågan om kontrollerad delning – ett krav för att ha "avkomma".

Ett team från Max Planck Institute for Medical Research i Heidelberg, Heidelbergs universitet, Max Planck-skolan betyder livet, och Exzellenzcluster 3D Matter gjord på beställning, leds av Kerstin Göpfrich, har nu nått en milstolpe genom att uppnå fullständig kontroll över uppdelningen av vesikler. För att uppnå detta, de producerade "gigantiska unilamellära vesiklar, " som är mikrometerstora bubblor med ett skal tillverkat av ett lipiddubbelskikt som liknar ett naturligt membran. En mängd olika lipider kombinerades för att producera fasseparerade vesiklar — vesiklar med membranhalvor som har olika sammansättning. När koncentrationen av lösta ämnen i den omgivande lösningen ökas, osmos gör att vatten lämnar vesikeln genom membranet. Detta krymper volymen av vesikeln samtidigt som membranytan hålls lika. Den resulterande spänningen vid fasgränsytan deformerar vesiklarna. De drar ihop sig längs sin "ekvator" - alltmer med ökande osmotiskt tryck - tills de två halvorna separeras helt för att bilda två (nu enfasiga) "dotterceller" med olika membransammansättningar. När separationen som sker beror endast på koncentrationsförhållandet av osmotiskt aktiva partiklar (osmolaritet) och är oberoende av vesikelns storlek.

Metoden med vilken osmolariteten höjs spelar heller ingen roll. Metoderna som användes av teamet inkluderade att använda en sackaroslösning och lägga till ett enzym som delar glukos och fruktos för att långsamt öka koncentrationen. Att använda ljus för att initiera splittring av molekyler i lösningen gav forskarna fullständig rumslig och tidsmässig kontroll över separationen. Genom att använda hårt kontrollerade, lokal bestrålning gjorde att koncentrationen kunde ökas selektivt runt en enda vesikel, utlöser den att selektivt dela.

Teamet kan också odla enfascellerna tillbaka till fasseparerade vesiklar genom att smälta dem med små vesiklar som har den andra typen av membran. Detta möjliggjordes genom att fästa enkla DNA-strängar till båda olika typerna av membran. Dessa binder till varandra och bringar dottercellens och minivesikelns membran i mycket nära kontakt så att de kan smälta samman. De resulterande gigantiska vesiklerna kan därefter genomgå ytterligare delningscykler.

"Även om dessa syntetiska delningsmekanismer skiljer sig avsevärt från levande cellers, säger Göpfrich, "frågan uppstår om liknande mekanismer spelade en roll i början av livet på jorden eller är involverade i bildandet av intracellulära vesiklar."