Immagini di microscopia ottica (in alto) e a fluorescenza (in basso) di una comunità di protocellule che mostrano quattro tipi di protocellule prodotti spontaneamente in un gradiente chimico intersecante. Due diversi morfogeni artificiali vengono iniettati dai lati sinistro e destro dell'array lungo l'asse x per generare un gradiente opposto che si traduce in diversi cambiamenti di forma, composizione e fluorescenza nelle protocelle. Le etichette per i tipi mutaforma sono mostrate nella riga superiore. Credito:Università di Bristol
Ispirato dai processi di differenziazione cellulare osservati nella biologia dello sviluppo, un team interdisciplinare di ricercatori dell'Università di Bristol ha dimostrato un nuovo approccio spontaneo alla costruzione di comunità di entità simili a cellule (protocelle) utilizzando gradienti chimici.
In un nuovo studio pubblicato oggi sulla rivista Comunicazioni sulla natura , Il professor Stephen Mann della School of Chemistry di Bristol, insieme ai colleghi Dr. Liangfei Tian, Dott.ssa Mei Li, e il Dr. Avinash Patil nel Bristol Centre for Protolife Research, e il professor Bruce Drinkwater della Facoltà di Ingegneria ha utilizzato un gradiente chimico per trasformare una popolazione uniforme di piccole goccioline in una comunità diversificata di cellule artificiali.
Il team ha prima utilizzato le onde ultrasoniche per creare file regolari di migliaia di goccioline contenenti la molecola di accumulo di energia ATP. Hanno quindi permesso alle molecole che cambiano forma (morfogeni artificiali) di diffondersi in una direzione attraverso la popolazione.
Quando i morfogeni entrarono in contatto con le goccioline, le goccioline trasformate fila per fila in protocelle delimitate da membrana con forme diverse, composizione chimica e attività enzimatica. Il modo in cui le goccioline cambiavano dipendeva dalla concentrazione di morfogeno locale nel gradiente chimico in avanzamento.
Sono state osservate ondate di differenziazione viaggiare attraverso la popolazione, lasciando uno schema di protocelle differenziate tale che una comunità complessa e ordinata emergesse spontaneamente dalla popolazione omogenea.
Il professor Mann ha dichiarato:"Questo lavoro apre un nuovo orizzonte nella ricerca sulle protocelle perché evidenzia le opportunità per la costruzione spontanea di comunità di protocellule con struttura e funzionalità graduate.
"Anche se la ricerca è appena iniziata, i risultati forniscono un passo avanti verso lo sviluppo di piattaforme cellulari artificiali per il rilevamento e il monitoraggio di sostanze chimiche in condizioni di non equilibrio (basate sul flusso)."
Il Dr. Tian ha aggiunto:"Poiché le protocelle basate su goccioline sono state proposte come progenitori plausibili di protocellule delimitate da membrana sulla Terra primordiale, il nostro lavoro potrebbe avere implicazioni per le teorie contemporanee sull'origine della vita.
"In particolare, poiché i gradienti chimici producono diversità di protocellule da popolazioni uniformi, forse un meccanismo simile è stato responsabile dell'emergere della complessità funzionale negli antichi sistemi proto-viventi".
