I ricercatori dell'Università di Bristol hanno dimostrato che le cellule artificiali residenti abbandonano i loro ospiti protocellule mostrando un comportamento antagonistico alla ricezione di un segnale chimico.

Il lavoro apre nuove prospettive per sviluppare materiali sintetici morbidi dotati di proprietà realistiche.

Le cellule viventi cooperano e competono tra loro per massimizzare la loro sopravvivenza e ottimizzare il loro comportamento collettivo. La riproduzione di questi comportamenti in comunità di entità sintetiche simili a cellule (protocelle) è estremamente impegnativa e richiede che diversi tipi di protocelle siano riuniti in stretta vicinanza in modo che possano operare all'unisono, o in alternativa, lavorare l'uno contro l'altro.

In un nuovo studio pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura , Il professor Stephen Mann della School of Chemistry di Bristol, insieme ai colleghi Dr. Nicolas Martin, Yan Qiao, Richard Booth e Mei Li del Bristol Centre for Protolife Research, e il collaboratore francese Jean-Paul Douliez dell'Università di Bordeaux hanno affrontato questa sfida progettando due tipi di protocelle contenenti enzimi, che quando mescolati insieme si assemblano spontaneamente in comunità nidificate ospite-ospite che operano in modo sinergico o antagonistico a seconda della forza di un segnale chimico.

Il team ha utilizzato grandi goccioline di un complesso di acidi grassi sensibili al pH (coacervato) e piccole microcapsule di proteine ​​e polimeri (proteinosomi) come protocellule ospite e ospite, rispettivamente. Progettando interazioni attraenti tra i due tipi di protocelle, i proteinosomi sono stati catturati spontaneamente e interiorizzati nelle micro-goccioline coacervate per produrre una comunità annidata.

I ricercatori hanno caricato enzimaticamente la comunità annidata intrappolando la glucosio ossidasi e la perossidasi di rafano all'interno dei proteinosomi e delle micro-goccioline coacervate, rispettivamente. L'aggiunta di basse quantità di glucosio nell'ambiente ha prodotto un'interazione cooperativa tra le protocellule ospite e ospite tale che i due enzimi hanno lavorato insieme per produrre una cascata chimica spazialmente accoppiata.

Però, l'aumento del livello del segnale del glucosio ha rivolto le protocellule ospiti contro il loro ospite che ha portato allo smontaggio indotto dal pH delle goccioline coacervate e al rilascio dei proteinosomi residenti. Una caratteristica sorprendente del processo di auto-riconfigurazione è stata che le goccioline si sono ristrutturate in piccole vescicole di acidi grassi che sono rimaste intrappolate all'interno dei proteinosomi espulsi per produrre un nuovo tipo di protocellula annidata.

Il professor Stephen Mann ha dichiarato:"Sebbene la ricerca sia in una fase iniziale, la nostra visione a lungo termine è sviluppare reti di interazione dinamica in comunità di protocellule sintetiche. Ciò potrebbe offrire nuove opportunità per la progettazione di microsistemi funzionali simili alla vita che operano collettivamente, ad esempio come sensori intelligenti, agenti di rilascio e rilascio di farmaci, e moduli su microscala per la cattura e lo stoccaggio di energia."