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Gli scienziati hanno sfruttato il potenziale dei batteri per aiutare a costruire cellule sintetiche avanzate che imitano la funzionalità della vita reale.
La ricerca, guidata dall'Università di Bristol e pubblicata oggi su Nature , compie importanti progressi nella distribuzione di cellule sintetiche, note come protocellule, per rappresentare in modo più accurato le complesse composizioni, struttura e funzione delle cellule viventi.
Stabilire una funzionalità realistica nelle protocelle è una grande sfida globale che abbraccia molteplici campi, che vanno dalla biologia sintetica e bioingegneria dal basso fino alla ricerca sull'origine della vita. I precedenti tentativi di modellare le protocelle utilizzando le microcapsule non sono stati all'altezza, quindi il team di ricercatori si è rivolto ai batteri per costruire cellule sintetiche complesse utilizzando un processo di assemblaggio di materiale vivente.
Il professor Stephen Mann della School of Chemistry dell'Università di Bristol e il Max Planck Bristol Center for Minimal Biology insieme ai colleghi Dr. Can Xu, Nicolas Martin (attualmente all'Università di Bordeaux) e Mei Li del Bristol Center for Protolife Research hanno dimostrato un approccio alla costruzione di protocelle altamente complesse utilizzando micro-goccioline viscose riempite di batteri viventi come un microscopico cantiere.
Nella prima fase, il team ha esposto le goccioline vuote a due tipi di batteri. Una popolazione è stata catturata spontaneamente all'interno delle goccioline mentre l'altra è stata intrappolata sulla superficie delle goccioline.
Quindi, entrambi i tipi di batteri sono stati distrutti in modo che i componenti cellulari rilasciati rimanessero intrappolati all'interno o sulla superficie delle goccioline per produrre protocellule batteriogeniche rivestite di membrana contenenti migliaia di molecole biologiche, parti e frammenti di macchinari.
I ricercatori hanno scoperto che le protocellule erano in grado di produrre molecole ricche di energia (ATP) attraverso la glicolisi e di sintetizzare RNA e proteine mediante l'espressione genica in vitro, indicando che i componenti batterici ereditati rimanevano attivi nelle cellule sintetiche.
Testando ulteriormente la capacità di questa tecnica, il team ha impiegato una serie di passaggi chimici per rimodellare strutturalmente e morfologicamente le protocellule batteriogene. Il DNA batterico rilasciato è stato condensato in un'unica struttura simile a un nucleo e l'interno della gocciolina si è infiltrato con una rete simile al citoscheletro di filamenti proteici e vacuoli d'acqua legati alla membrana.
Come passo verso la costruzione di un'entità cellulare sintetica/vivente, i ricercatori hanno impiantato batteri viventi nelle protocellule per generare una produzione autosostenibile di ATP e un'energizzazione a lungo termine per la glicolisi, l'espressione genica e l'assemblaggio del citoscheletro. Curiosamente, i costrutti protoliving hanno adottato una morfologia esterna simile a un'ameba a causa del metabolismo e della crescita batterica in loco per produrre un sistema bionico cellulare con proprietà integrate simili alla vita.
L'autore corrispondente, il professor Stephen Mann, afferma che "raggiungere un'elevata complessità organizzativa e funzionale nelle cellule sintetiche è difficile soprattutto in condizioni prossime all'equilibrio. Si spera che il nostro attuale approccio batteriogeno contribuirà ad aumentare la complessità degli attuali modelli di protocellule, facilitando l'integrazione di una miriade di componenti biologici e consentono lo sviluppo di sistemi citomimetici energizzati".
Il primo autore, il dott. Can Xu, ricercatore associato presso l'Università di Bristol, ha aggiunto che il loro "approccio di assemblaggio di materiali viventi offre un'opportunità per la costruzione dal basso verso l'alto di costrutti di cellule viventi/sintetiche simbiotiche. Ad esempio, utilizzando batteri ingegnerizzati dovrebbe essere possibile fabbricare moduli complessi per lo sviluppo nelle aree diagnostiche e terapeutiche della biologia sintetica, nonché nella bioproduzione e nelle biotecnologie in generale." + Esplora ulteriormente
