Manipulując DNA i białkami – kluczowymi cegiełkami życia – zespół naukowców z UNC-Chapel Hill pod kierunkiem prof. Ronit Freeman stworzył syntetyczne komórki, które wyglądają i zachowują się jak te występujące naturalnie w naszych organizmach. To pierwsze takie osiągnięcie w historii, które zostało opisane w czasopiśmie Nature Chemistry.
Czytaj też:Żywe i nieżywe jednocześnie. Komórki rodem z filmu SF
Prof. Ronit Freeman mówi:
Dzięki temu odkryciu możemy myśleć o tkaninach lub konstruktach tkankowych, które mogą być wrażliwe na zmiany w swoim środowisku i zachowywać się w sposób dynamiczny.
Sztuczne komórki kiedyś będą “lepsze” od tych naturalnych
Komórki i tkanki zbudowane są z białek, które łączą się, aby wykonywać zadania i tworzyć złożone struktury. Białka są jednymi z najliczniejszych cząsteczek organicznych w organizmach żywych, znacznie bardziej zróżnicowanymi pod względem struktury i funkcji od innych rodzajów makrocząsteczek. Pojedyncza komórka może zawierać tysiące białek, każde z nich pełniące unikalną funkcję.
Czytaj też:Kiedy uda nam się stworzyć sztuczne komórki?
Każda komórka eukariotyczna ma cytoszkielet, czyli sieć włóknistych struktur białkowych, dzięki którym organella i substancje nie pływają swobodnie w cytozolu, ale zajmują przypisane sobie miejsca. Cytoszkielet składa się z trzech rodzajów włókien białkowych: mikrotubul, filamentów pośrednich i mikrofilamentów. Poszczególne elementy cytoszkieletu łączą się ze sobą, zapewniając komórkom elastyczność pod względem kształtu, jak i reakcji na otoczenie.
Bez użycia naturalnych białek zespół prof. Freeman zbudował komórki z funkcjonalnymi cytoszkieletami, które mogą zmieniać kształt i reagować na otoczenie. Do tego celu wykorzystano nową, programowalną technologię peptyd-DNA, która kieruje peptydy (elementy budulcowe białek) i materiał genetyczny o zmienionym przeznaczeniu, aby współpracowały w celu wytworzenia cytoszkieletu.
Prof. Ronit Freeman dodaje:
DNA zwykle nie pojawia się w cytoszkielecie. Przeprogramowaliśmy sekwencje DNA tak, aby pełniło ono rolę materiału architektonicznego, wiążąc ze sobą peptydy. Kiedy zaprogramowany materiał został umieszczony w kropli wody, struktury nabrały kształtu.
Dzięki temu można tworzyć komórki spełniające określone funkcje, a nawet synchronizować ich reakcje na czynniki stresogenne. Chociaż naturalne komórki są bardziej złożone niż syntetyczne, są także bardziej nieprzewidywalne i podatne na czynniki środowiskowe, np. wysokie temperatury. Opracowane syntetyczne komórki były stabilne nawet w temperaturze 50oC, co otwiera możliwości wykorzystania ich w środowiskach nieodpowiednich dla życia ludzkiego.
Opracowanie komórek syntetycznych nie tylko umożliwi nam odtwarzanie tego, co robi natura, ale także pozwoli wytworzyć materiały przewyższające biologię.