Kompartmentalisering är en av de viktigaste strategierna genom vilka naturen tillåter kontroll över många biologiska processer. För att levande celler ska fungera korrekt är organeller, små fack i cellen, väsentliga. Forskare arbetar på sätt att göra konstgjorda organeller som tillför nya funktioner till celler eller korrigerar dysfunktionella processer i celler, till exempel som terapi för metabola sjukdomar. Detta kan uppnås genom att använda syntetiska komponenter för att producera konstgjorda organeller utanför cellen eller genom att använda komponenter tillverkade i cellen. Och det är det senare tillvägagångssättet som Suzanne Timmermans utforskade för sin doktorsexamen. forskning genom användning av proteinnanopartiklar.

Stabilisera domäner

För hennes Ph.D. forskning använde Suzanne Timmermans proteinnanopartiklar för att utveckla konstgjorda organeller som kunde göra nya jobb i cellen. Dessa mikroskopiska partiklar är sammansatta av virala kapsider (proteinskal från virus) till vilka en stabiliserande proteindomän lagts till.

Timmermans visade att nanopartiklarna är stabila under långa tider under förhållanden som är jämförbara med de inuti cellerna. Detta är avgörande för att en artificiell organell ska fungera korrekt, eftersom det skulle vara mycket destruktivt om den skulle sönderfalla och förlora sin funktion inuti cellen. Dessutom gör de stabiliserande domänerna det möjligt för nanopartiklarna att reagera på sin miljö genom att ändra storlek. De naturliga processerna i cellen visar ofta ett sådant responsivt beteende, så det är mycket viktigt att härma detta.

Aktiv komponent

För att ha en speciell funktion i cellen måste en artificiell organell innehålla en aktiv komponent. Enzymer är utmärkta kandidater, eftersom dessa proteinkatalysatorer kan produceras av celler, de är naturligt aktiva inuti celler och många enzymer med alla möjliga funktioner är kända.

Proteinnanopartiklarna som Timmermans använder består av en tom kärna. Hon visade att det är möjligt att kapsla in enzymer i den kärnan. Detta uppnåddes både utanför celler och inom levande celler. Specifikt är det senare fyndet mycket lovande för utvecklingen av en artificiell organell.

Välgörande effekt på och inuti celler

Slutligen utvärderade Timmermans om de konstgjorda organellerna har en gynnsam effekt på och inuti celler. Först använde hon aktiviteten hos de inkapslade enzymerna för produktion av en förening som kunde användas av cellen för att producera ett visst protein. Därefter utvärderade hon om inkapsling inuti den konstgjorda organellen kunde skydda enzymet från snabb nedbrytning av så kallade proteaser. Denna aspekt av projektet visade sig vara mycket utmanande att bevisa, och detta projekt är fortfarande under utveckling.

Sammantaget har Timmermans forskning avancerad kunskap om utvecklingen av konstgjorda organeller som produceras inuti celler. Viktiga utmaningar som fortfarande måste övervinnas är förverkligandet av aktiviteten hos de artificiella organellerna inuti celler, regleringen av denna aktivitet genom specifika signaler och detekteringen av organellerna inuti cellerna. Genom att samarbeta med olika vetenskapliga discipliner och genom att använda den utveckling som har gjorts med andra proteinnanopartiklar hoppas Timmermans att dessa hinder kan övervinnas i framtiden. + Utforska vidare

Molekylära fabriker:Kombinationen mellan natur och kemi är funktionell