Brytyjscy naukowcy stworzyli sztuczne komórki, które mogą naśladować te prawdziwe i reagować na zmiany chemiczne w ich otoczeniu. Prace badaczy mogą przybliżyć nas do stosowania syntetycznych struktur biologicznych do dostarczania leków lub wykrywania markerów nowotworowych.

Reakcja na zmiany chemiczne jest kluczową funkcją komórek biologicznych. Odpowiedź ta może dotyczyć wytwarzania konkretnego białka lub samodestrukcji. Substancje chemiczne są również wykorzystywane przez komórki do komunikowania się ze sobą i koordynowania odpowiedzi lub wysyłania sygnału, takiego jak chociażby impuls bólu.

W naturalnych komórkach te reakcje chemiczne mogą być bardzo złożone i obejmować wiele etapów, co znacznie utrudnia ich inżynierię. Jednak naukowcom z Imperial College London udało się stworzyć sztuczne komórki, które reagują fluorescencją, gdy wykryją wapń w swoim otoczeniu. W przyszłości takie sztuczne komórki można wykorzystać do wykrywania zmian w organizmie i reagowania poprzez uwalnianie cząsteczek leku.

Wynik badań ukazały się na łamach pisma „Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Zespół naukowców stworzył pierwsze sztuczne komórki, które mogą wykrywać i reagować na zewnętrzny sygnał chemiczny poprzez aktywację sztucznego szlaku sygnałowego. Komórki te wykrywają jony wapnia i reagują emitując światło poprzez fluorescencję. Tego typu syntetyczne komórki mogłyby znaleźć wiele zastosowań biotechnologicznych.

– Moglibyśmy na przykład opracować sztuczne komórki, które mogą wykrywać markery nowotworowe i syntetyzować lek w organizmie lub takie, które mogą wykrywać niebezpieczne metale ciężkie w środowisku i wypuszczać gąbki w celu ich usunięcia – powiedział James Hindley z Imperial College London, pierwszy autor publikacji.

W badaniu tym uczeni zbudowali komórkę z pęcherzykami w środku. Jej krawędź została utworzona z błony lipidowej zawierającej pory, które umożliwiają wnikanie jonów wapnia. Wewnątrz komórki jony wapnia aktywują enzymy, które powodują, że pęcherzyki uwalniają cząsteczki fluorescencyjne.

Chociaż nie w pełni odpowiada to złożonym interakcjom biochemicznym, które widzimy w naturze, pokazuje potencjał sztucznych komórek i sposoby, w jakie można je zbudować, aby służyły do ​​określonego celu – może nawet takiego, którego komórki w naturze nie obejmują.

– Biologia ewoluowała złożone sieci metaboliczne i regulacyjne. Może to utrudnić edytowanie komórek, ponieważ wiele istniejących ścieżek reakcji chemicznych jest wyjątkowo skomplikowanych do skopiowania lub zaprojektowania. Zamiast tego stworzyliśmy skróconą wersję ścieżki znalezionej w naturze, wykorzystując sztuczne komórki i elementy z różnych naturalnych systemów, aby stworzyć krótszą, bardziej wydajną ścieżkę, która daje takie same efekty – wyjaśnił Hindley.

Opracowany system jest prostszy i nie uwzględnia wielu rzeczy, które uwzględniają naturalne komórki, jak chociażby produkty uboczne, które są toksyczne dla komórki. Składniki opracowanej komórki pochodzą z istniejących układów biologicznych, ale w naturze nie można ich spotkać w jednym środowisku. Badaczom łatwiej mieszać składniki do tworzenia komórek, które już istnieją w naturze, niż tworzyć od podstaw własne.

Sam proces budowy przypomina wybieranie odpowiednich elementów, jak klocków Lego, które w naturze spełniają pożądane dla określonego celu funkcje, by stworzyć komórkę, która spełnia określone zadania. Na przykład w syntetycznej komórce przedstawionej w badaniu, enzymy aktywowane przez wapń zostały pobrane z jadu pszczelego.

Zdaniem zespołu badaczy uproszczony system „plug-and-play”, który naukowcy przedstawili w publikacji, można dostosować do konkretnych celów. – Badacze mogą pobierać elementy z całej natury, aby tworzyć nowe ścieżki chemiczne zaprojektowane z myślą o określonych celach. Nasz system szablonów jest również łatwy do skonfigurowania i można go używać do szybkiego testowania dowolnej kombinacji elementów wymyślonych przez badaczy – zaznaczył Oscar Ces z Imperial College London, współautor publikacji.

 

 

 

 

Źródło: Imperial College London, DziennikNaukowy, http://www.labnews.co.uk/article/2029909/imperial-engineers-fluorescent-artificial-cell