Una grande sfida per la produzione di cellule sintetiche è che devono essere in grado di dividersi per avere una prole. Nel diario Angewandte Chemie , un team di Heidelberg ha ora introdotto un meccanismo di divisione riproducibile per le vescicole sintetiche. Si basa sull'osmosi e può essere controllata da una reazione enzimatica o dalla luce.

Gli organismi non possono semplicemente emergere da materiale inanimato ("abiogenesi"), le cellule provengono sempre da cellule preesistenti. La prospettiva di cellule sintetiche di nuova costruzione da zero sta spostando questo paradigma. Però, un ostacolo su questo percorso è la questione della divisione controllata, un requisito per avere "progenie".

Un team del Max Planck Institute for Medical Research di Heidelberg, Università di Heidelberg, la scuola Max Planck Materia alla vita, e Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order, guidato da Kerstin Göpfrich, ha ora raggiunto una pietra miliare raggiungendo il controllo completo sulla divisione delle vescicole. Per realizzare questo, producevano "gigantiche vescicole unilamellari, " che sono bolle di dimensioni micrometriche con un guscio costituito da un doppio strato lipidico che assomiglia a una membrana naturale. Una varietà di lipidi sono stati combinati per produrre vescicole separate in fase, vescicole con emisferi di membrana che hanno composizioni diverse. Quando la concentrazione di sostanze disciolte in la soluzione circostante è aumentata, l'osmosi fa uscire l'acqua dalla vescicola attraverso la membrana. Questo riduce il volume della vescicola mantenendo la superficie della membrana uguale. La tensione risultante all'interfaccia di fase deforma le vescicole. Si costringono lungo il loro "equatore" - sempre con l'aumentare della pressione osmotica - fino a quando le due metà si separano completamente per formare due "cellule figlie" (ora monofase) con diverse composizioni di membrana. Quando la separazione che si verifica dipende solo dal rapporto di concentrazione delle particelle osmoticamente attive (osmolarità) ed è indipendente dalla dimensione della vescicola.

Anche il metodo con cui viene aumentata l'osmolarità non ha alcun ruolo. I metodi utilizzati dal team includevano l'uso di una soluzione di saccarosio e l'aggiunta di un enzima che scinde il glucosio e il fruttosio per aumentare lentamente la concentrazione. L'uso della luce per avviare la scissione delle molecole nella soluzione ha fornito ai ricercatori un controllo spaziale e temporale completo sulla separazione. Usando strettamente controllato, l'irradiazione locale ha permesso di aumentare selettivamente la concentrazione attorno a una singola vescicola, inducendolo a dividere selettivamente.

Il team è anche in grado di far ricrescere le cellule monofase in vescicole separate dalla fase fondendole con minuscole vescicole che hanno l'altro tipo di membrana. Ciò è stato possibile collegando singoli filamenti di DNA a entrambi i diversi tipi di membrana. Questi si legano tra loro e portano le membrane della cellula figlia e la mini vescicola a stretto contatto in modo che possano fondersi. Le vescicole gigantesche risultanti possono successivamente subire ulteriori cicli di divisione.

"Sebbene questi meccanismi di divisione sintetica differiscano significativamente da quelli delle cellule viventi, " dice Göpfrich, "Si pone la domanda se meccanismi simili abbiano avuto un ruolo negli inizi della vita sulla terra o siano coinvolti nella formazione di vescicole intracellulari".