Una versione semplificata di una cellula artificiale produce proteine funzionali e le classifica.
Per anni, scienziati di tutto il mondo hanno sognato di costruire un completo, funzionale, cellula artificiale. Sebbene questa visione sia ancora una lontana sfocatura all'orizzonte, molti stanno facendo progressi su vari fronti. Il prof. Roy Bar-Ziv e il suo gruppo di ricerca nel dipartimento dei materiali e delle interfacce del Weizmann Institute hanno recentemente compiuto un passo significativo in questa direzione quando hanno creato un sistema cellulare su un chip di vetro. Questo sistema, composto da alcune delle molecole biologiche di base presenti nelle cellule – DNA, RNA, proteine – svolgevano una delle funzioni centrali di una cellula vivente:espressione genica, il processo mediante il quale le informazioni immagazzinate nei geni vengono tradotte in proteine. Più di quello, ha permesso agli scienziati, guidato dallo studente di ricerca Yael Heyman, per ottenere "istantanee" di questo processo in risoluzione su scala nanometrica.
Il sistema, costituito da trucioli di vetro dello spessore di soli otto nanometri, si basa su un precedente progettato nel laboratorio di Bar-Ziv dal Dr. Shirley Daube e dall'ex studente Dr. Amnon Buxboim. Dopo essere stato rivestito con una sostanza fotosensibile, i chip vengono irradiati con fasci focalizzati di luce ultravioletta, che consente alle molecole biologiche di legarsi alla sostanza nelle zone irradiate. In questo modo, gli scienziati potrebbero posizionare con precisione le molecole di DNA che codificano una proteina contrassegnata con un marcatore fluorescente verde in un'area del chip e gli anticorpi che "intrappolano" le proteine colorate in un'area adiacente. Quando hanno osservato i chip al microscopio a fluorescenza, l'area in cui avevano posizionato gli anticorpi è diventata di un verde brillante brillante. Ciò significava che le istruzioni del DNA erano state copiate in molecole di RNA, che a loro volta sono stati tradotti in proteine verdi fluorescenti. Le proteine verdi sono state poi intrappolate dagli anticorpi.
Prossimo, gli scienziati hanno chiesto se il loro sistema cellulare potesse riprodurre complessi assemblaggi strutturali di proteine presenti in natura. Questa volta, hanno attaccato un gene virale alla superficie dei chip che codifica per una proteina che può autoassemblarsi in un nanotubo. Con l'aiuto della dottoressa Sharon Wolf dell'Unità di Microscopia Elettronica, hanno osservato una foresta di minuscoli tubi che spuntano dall'area dell'anticorpo al microscopio elettronico.
I ricercatori hanno quindi cercato un modo per produrre e intrappolare più proteine contemporaneamente confinando ciascuna proteina nell'area del suo gene sul chip. Sulla parte superiore del chip a cui era legato il DNA che codifica per le proteine verdi, gli scienziati hanno aggiunto una soluzione con un secondo gene che codifica per una proteina rossa. Le proteine rosse e verdi risultanti hanno gareggiato per legarsi alle trappole anticorpali, ottenendo una separazione spaziale graduale in cui gli anticorpi più vicini ai geni verdi avevano la più alta concentrazione di proteine verdi, con concentrazioni di rosso che salgono più lontano.
I risultati di questa ricerca sono apparsi di recente in Nanotecnologia della natura .
Bar-Ziv:"Abbiamo dimostrato che è possibile costruire una "linea di produzione" proteica al di fuori della cellula e usarla per osservare uno spettro di attività proteiche". Nel futuro, un tale sistema può passare dal consentire l'osservazione delle proteine al fornire la base per tecniche per creare complessi, strutture proteiche attive su richiesta.
