Sono state sviluppate reti di protocellule assemblate da compartimenti simili a cellule artificiali per l'espansione di funzionalità che imitano le cellule, come l'elaborazione del segnale, l'espressione proteica, la differenziazione morfologica e la raccolta di energia.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Qiao Yan dell'Istituto di Chimica dell'Accademia Cinese delle Scienze, dal Prof. Stephen Mann dell'Università di Bristol e dal Prof. Yiyang Lin dell'Università di Tecnologia Chimica di Pechino, ha segnalato una popolazione binaria di coacervato immiscibile microgocce che possono auto-ordinarsi spontaneamente in reti di protocellule interconnesse.
Lo studio è stato pubblicato su Nature Chemistry il 6 novembre.
La sovrastruttura protocellulare autoassemblata è organizzata termodinamicamente sotto forma di catene lineari e ramificate con una sequenza alternata di coacervati cristallini liquidi e microgocce non strutturate, in cui le due goccioline immiscibili aderiscono tra loro. Le reti sono costrutti autoordinati guidati dalla minimizzazione dell'energia superficiale delle goccioline di coacervato in un campo di forza restrittivo generato dalle interazioni di adesione superficiale locale.
Queste due popolazioni di coacervati mostrano strutture interne e ordine distinti, dove le goccioline cristalline liquide favoriscono l'assorbimento selettivo di proteine, polisaccaridi, lipidi e ATP. Al contrario, i coacervati non strutturati formati da polielettroliti caricati positivamente e piccole molecole sono in grado di arricchire gli acidi nucleici. Questa proprietà consente alle reti di protocellule di localizzare spazialmente le reazioni biochimiche in compartimenti separati.
Inoltre, l'oligonucleotide precaricato nei coacervati cristallini liquidi viene trasferito in un dominio omogeneo adiacente poiché la solubilità dell'oligonucleotide nelle goccioline riceventi è energeticamente favorita.
I ricercatori hanno inoltre dimostrato che la riconfigurazione topografica della rete protocellulare potrebbe essere stimolata dalla complessazione ospite-ospite, dalla fotoisomerizzazione e dalla dissoluzione indotta dal sale.
Inoltre, hanno utilizzato le reti di protocellule per isolare oligonucleotidi da miscele contenenti proteine, polisaccaridi, lipidi o ATP. Le reti di protocellule costituite da coacervati ingegnerizzati in superficie sono in grado di limitare la coalescenza auto/auto-goccia e di assemblarsi in superstrutture 2D simili a tessuti.
Le sovrastrutture protocellulari basate su coacervato rappresentano un passo verso l'orchestrazione spontanea di colonie multicellulari artificiali con organizzazione di ordine superiore e funzioni collettive.
Ulteriori informazioni: Wenjing Mu et al, Ordine superstrutturale nelle reti di protocellule basate su coacervati auto-ordinanti, Chimica naturale (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01356-1
Informazioni sul giornale: Chimica della Natura
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
