Protocellnätverk sammansatta av artificiella cellliknande fack har utvecklats för expansion av cellhärmande funktioner, såsom signalbehandling, proteinuttryck, morfologisk differentiering och energiskörd.
En forskargrupp ledd av Prof. Qiao Yan från Institute of Chemistry vid den kinesiska vetenskapsakademin, Prof. Stephen Mann vid University of Bristol och Prof. Yiyang Lin vid Beijing University of Chemical Technology, har rapporterat en binär population av oblandbar koacervat mikrodroppar som spontant kan självsortera till sammankopplade protocellnätverk.
Studien publicerades i Nature Chemistry den 6 november.
Den självmonterade protocellöverbyggnaden är termodynamiskt organiserad i form av linjära och grenade kedjor med en alternerande sekvens av flytande kristallina koacervat och icke-strukturerade mikrodroppar, i vilka de två oblandbara dropparna fäster vid varandra. Nätverken är självsorterade konstruktioner som drivs av ytenergiminimering av koacervatdroppar i ett begränsande kraftfält som genereras av de lokala ytvidhäftningsinteraktionerna.
Dessa två populationer av koacervat uppvisar distinkta inre strukturer och ordning, där de flytande kristallina dropparna bidrar till det selektiva upptaget av proteiner, polysackarider, lipider och ATP. Däremot kan icke-strukturerade koacervat bildade av positivt laddade polyelektrolyter och små molekyler berika nukleinsyror. Denna egenskap gör det möjligt för protocellnätverk att rumsligt lokalisera biokemiska reaktioner i separata fack.
Dessutom överförs den förladdade oligonukleotiden i flytande kristallina koacervat till en intilliggande homogen domän eftersom oligonukleotidens löslighet i mottagardropparna är energetiskt gynnad.
Forskarna visade vidare att topografisk omkonfiguration av protocellnätverk kunde stimuleras av värd-gästkomplexbildning, fotoisomerisering och saltframkallande upplösning.
Dessutom använde de protocellnätverken för att isolera oligonukleotider från blandningar innehållande proteiner, polysackarider, lipider eller ATP. Protocellnätverken som består av ytkonstruerade koacervat kan begränsa själv-/självdroppars koalescens och sättas samman till vävnadsliknande 2D-superstrukturer.
De koacervatbaserade protocellöverbyggnaderna representerar ett steg mot spontan orkestrering av konstgjorda flercelliga kolonier med högre ordningsorganisation och kollektiva funktioner.
Mer information: Wenjing Mu et al, Superstrukturell ordning i självsorterande koacervatbaserade protocellnätverk, Nature Chemistry (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01356-1
Journalinformation: Naturkemi
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
