Att skapa artificiellt liv är ett återkommande tema i både vetenskap och populärlitteratur, där det framkallar bilder av krypande slemvarelser med illvilliga avsikter, eller supersöta designade husdjur. Samtidigt uppstår frågan:Vilken roll ska artificiellt liv spela i vår miljö här på jorden, där alla livsformer skapas av naturen och har sin egen plats och syfte?
Docent Chenguang Lou från Institutionen för fysik, kemi och farmaci, Syddansk Universitet, tillsammans med professor Hanbin Mao från Kent State University, är förälder till en speciell artificiell hybridmolekyl som kan leda till skapandet av artificiella livsformer. De har publicerat en recension i tidskriften Cell Reports Physical Science om forskningsläget på området bakom deras tillkomst. Fältet kallas "hybrid peptid-DNA nanostrukturer", och det är ett framväxande fält, mindre än 10 år gammalt.
Lous vision är att skapa virala vacciner (modifierade och försvagade versioner av ett virus) och artificiella livsformer som kan användas för att diagnostisera och behandla sjukdomar.
"I naturen har de flesta organismer naturliga fiender, men vissa har inte det. Till exempel har vissa sjukdomsalstrande virus ingen naturlig fiende. Det skulle vara ett logiskt steg att skapa en artificiell livsform som skulle kunna bli en fiende för dem", han säger.
På samma sätt föreställer han sig att sådana artificiella livsformer kan fungera som vaccin mot virusinfektion och kan användas som nanorobotar eller nanomaskiner laddade med medicin eller diagnostiska element och skickas in i en patients kropp.
"Ett artificiellt virusvaccin kan vara cirka 10 år bort. En artificiell cell däremot är vid horisonten eftersom den består av många element som måste kontrolleras innan vi kan börja bygga med dem. Men med den kunskap vi har , det finns i princip inga hinder för att producera artificiella cellulära organismer i framtiden", säger han.
Vilka är byggstenarna som Lou och hans kollegor inom detta område kommer att använda för att skapa virala vacciner och artificiellt liv? DNA och peptider är några av de viktigaste biomolekylerna i naturen, vilket gör DNA-teknik och peptidteknologi till de två mest kraftfulla molekylära verktygen i den nanoteknologiska verktygslådan idag.
DNA-teknik ger exakt kontroll över programmering, från atomnivå till makronivå, men den kan bara ge begränsade kemiska funktioner eftersom den bara har fyra baser:A, C, G och T. Peptidteknologi kan å andra sidan ger tillräckliga kemiska funktioner i stor skala, eftersom det finns 20 aminosyror att arbeta med. Naturen använder både DNA och peptider för att bygga olika proteinfabriker som finns i celler, vilket gör att de kan utvecklas till organismer.
Nyligen har Hanbin Mao och Chenguang Lou lyckats koppla samman designade tresträngade DNA-strukturer med tresträngade peptidstrukturer och på så sätt skapa en artificiell hybridmolekyl som kombinerar styrkorna hos båda. Detta arbete publicerades i Nature Communications år 2022.
På andra håll i världen arbetar även andra forskare med att koppla ihop DNA och peptider eftersom denna koppling utgör en stark grund för utvecklingen av mer avancerade biologiska enheter och livsformer.
Vid Oxford University har forskare lyckats bygga en nanomaskin gjord av DNA och peptider som kan borra genom ett cellmembran och skapa en konstgjord membrankanal genom vilken små molekyler kan passera.
Vid Arizona State University har Nicholas Stephanopoulos och kollegor gjort det möjligt för DNA och peptider att själva montera ihop till 2D- och 3D-strukturer.
Vid Northwest University har forskare visat att mikrofibrer kan bildas i samband med att DNA och peptider självmonterar sig. DNA och peptider fungerar på nanonivå, så när man överväger storleksskillnaderna är mikrofibrer enorma.
Vid Ben-Gurion University of the Negev har forskare använt hybridmolekyler för att skapa en lökliknande sfärisk struktur som innehåller cancermedicin, vilket lovar att användas i kroppen för att rikta in sig mot cancertumörer.
"Enligt min mening är det övergripande värdet av alla dessa insatser att de kan användas för att förbättra samhällets förmåga att diagnostisera och behandla sjuka människor. När jag ser framåt kommer jag inte att bli förvånad över att vi en dag godtyckligt kan skapa hybrid nanomaskiner, virusvacciner och till och med konstgjorda livsformer från dessa byggstenar för att hjälpa samhället att bekämpa dessa svårbotade sjukdomar. Det skulle vara en revolution inom hälsovården, säger Chenguang Lou.
Mer information: Peptid-DNA konjugerar som byggstenar för de novo design av hybrid nanostrukturer, Cell Reports Physical Science (2023). dx.doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101620
Journalinformation: Cell Reports Physical Science , Nature Communications
Tillhandahålls av Syddanmarks Universitet
