En förenklad version av en artificiell cell producerar funktionella proteiner och sorterar dem till och med.
I åratal, forskare runt om i världen har drömt om att bygga en komplett, funktionell, konstgjord cell. Även om denna vision fortfarande är en avlägsen oskärpa vid horisonten, många gör framsteg på olika fronter. Prof. Roy Bar-Ziv och hans forskargrupp vid Weizmann-institutets material- och gränssnittsavdelning tog nyligen ett betydande steg i denna riktning när de skapade en tvådimensionell, cellliknande system på ett glaschip. Detta system, består av några av de grundläggande biologiska molekylerna som finns i celler - DNA, RNA, proteiner - utför en av de centrala funktionerna i en levande cell:genuttryck, den process genom vilken informationen som lagras i generna översätts till proteiner. Mer än det, det gjorde det möjligt för forskarna, ledd av forskarstudenten Yael Heyman, för att få "snapshots" av denna process i nanoskala upplösning.
Systemet, som består av glasflis som bara är åtta nanometer tjocka, är baserad på en tidigare designad i Bar-Zivs laboratorium av Dr Shirley Daube och tidigare studenten Dr. Amnon Buxboim. Efter att ha belagts med ett ljuskänsligt ämne, chipsen bestrålas med fokuserade strålar av ultraviolett ljus, vilket gör att de biologiska molekylerna kan binda till ämnet i de bestrålade områdena. På det här sättet, forskarna kunde exakt placera DNA-molekyler som kodar för ett protein märkt med en grön fluorescerande markör i ett område av chipet och antikroppar som "fångar" de färgade proteinerna i ett angränsande område. När de observerade chipsen under ett fluorescensmikroskop, området där de hade placerat antikropparna blev en lysande ljusgrön. Detta innebar att DNA-instruktionerna hade kopierats till RNA-molekyler, som i sin tur översattes till fluorescerande gröna proteiner. De gröna proteinerna snärjdes sedan av antikropparna.
Nästa, forskarna frågade om deras cellliknande system kunde reproducera komplexa strukturella sammansättningar av naturligt förekommande proteiner. Den här gången, de fäst en viral gen på chipsens yta som kodar ett protein som kan samlas i ett nanorör. Med hjälp av Dr Sharon Wolf från elektronmikroskopienheten, de observerade en skog av små rör som spirade från antikroppsområdet under ett elektronmikroskop.
Forskarna sökte sedan ett sätt att producera och fånga flera proteiner samtidigt genom att begränsa varje protein i området för dess gen på chipet. Ovanpå chippet till vilket DNA som kodar för gröna proteiner var bundet, forskarna lade till en lösning med en andra gen som kodade för ett rött protein. De resulterande röda och gröna proteinerna tävlade om att binda till antikroppsfällorna, vilket ger en graderad rumslig separation där antikropparna närmast de gröna generna hade den högsta koncentrationen av grönt protein, med röda koncentrationer som stiger längre bort.
Resultaten av denna forskning dök nyligen upp i Naturens nanoteknik .
Bar-Ziv:"Vi har visat att det är möjligt att bygga en "proteinproduktionslinje" utanför cellen och använda den för att observera ett spektrum av proteinaktiviteter." I framtiden, ett sådant system kan gå från att möjliggöra observation av proteiner till att ge grunden för tekniker för att skapa komplexa, aktiva proteinstrukturer på begäran.
