La creazione di vita artificiale è un tema ricorrente sia nella scienza che nella letteratura popolare, dove evoca immagini di creature melmose striscianti con intenzioni malevole o di adorabili animali domestici firmati. Allo stesso tempo, sorge la domanda:quale ruolo dovrebbe svolgere la vita artificiale nel nostro ambiente qui sulla Terra, dove tutte le forme di vita sono create dalla natura e hanno il proprio posto e scopo?

Il professore associato Chenguang Lou del Dipartimento di fisica, chimica e farmacia dell'Università della Danimarca meridionale, insieme al professor Hanbin Mao della Kent State University, è il genitore di una speciale molecola ibrida artificiale che potrebbe portare alla creazione di forme di vita artificiali. Hanno pubblicato una recensione sulla rivista Cell Reports Physical Science sullo stato della ricerca nel campo dietro la loro creazione. Il campo si chiama "nanostrutture ibride peptide-DNA" ed è un campo emergente, che esiste da meno di 10 anni.

La visione di Lou è quella di creare vaccini virali (versioni modificate e indebolite di un virus) e forme di vita artificiali che possano essere utilizzate per diagnosticare e curare le malattie.

"In natura, la maggior parte degli organismi ha nemici naturali, ma alcuni no. Ad esempio, alcuni virus che causano malattie non hanno nemici naturali. Sarebbe un passo logico creare una forma di vita artificiale che potrebbe diventare un loro nemico", ha spiegato. dice.

Allo stesso modo, immagina che tali forme di vita artificiale possano agire come vaccini contro l'infezione virale e possano essere utilizzate come nanorobot o nanomacchine caricate con farmaci o elementi diagnostici e inviate nel corpo di un paziente.

"Un vaccino virale artificiale potrebbe essere disponibile tra circa 10 anni. Una cellula artificiale, invece, è all'orizzonte perché è composta da molti elementi che devono essere controllati prima di poter iniziare a costruire con essi. Ma con la conoscenza che abbiamo , in linea di principio non vi è alcun ostacolo alla produzione futura di organismi cellulari artificiali", afferma.

Quali sono gli elementi costitutivi che Lou e i suoi colleghi in questo campo utilizzeranno per creare vaccini virali e vita artificiale? Il DNA e i peptidi sono alcune delle biomolecole più importanti in natura, rendendo la tecnologia del DNA e la tecnologia dei peptidi i due strumenti molecolari più potenti oggi disponibili nel kit di strumenti nanotecnologici.

La tecnologia del DNA fornisce un controllo preciso sulla programmazione, dal livello atomico al livello macro, ma può fornire solo funzioni chimiche limitate poiché ha solo quattro basi:A, C, G e T. La tecnologia dei peptidi, d'altro canto, può fornire funzioni chimiche sufficienti su larga scala, poiché ci sono 20 amminoacidi con cui lavorare. La natura utilizza sia il DNA che i peptidi per costruire varie fabbriche di proteine ​​presenti nelle cellule, consentendo loro di evolversi in organismi.

Recentemente, Hanbin Mao e Chenguang Lou sono riusciti a collegare strutture di DNA a tre filamenti progettate con strutture peptidiche a tre filamenti, creando così una molecola ibrida artificiale che combina i punti di forza di entrambi. Questo lavoro è stato pubblicato su Nature Communications nel 2022.

In altre parti del mondo, anche altri ricercatori stanno lavorando per collegare DNA e peptidi perché questa connessione costituisce una solida base per lo sviluppo di entità biologiche e forme di vita più avanzate.

All'Università di Oxford, i ricercatori sono riusciti a costruire una nanomacchina fatta di DNA e peptidi in grado di perforare una membrana cellulare, creando un canale di membrana artificiale attraverso il quale possono passare piccole molecole.

Presso l'Arizona State University, Nicholas Stephanopoulos e colleghi hanno consentito al DNA e ai peptidi di autoassemblarsi in strutture 2D e 3D.

Alla Northwest University, i ricercatori hanno dimostrato che le microfibre possono formarsi insieme all’autoassemblaggio del DNA e dei peptidi. Il DNA e i peptidi operano a livello nanometrico, quindi se si considerano le differenze dimensionali, le microfibre sono enormi.

Presso l'Università Ben-Gurion del Negev, gli scienziati hanno utilizzato molecole ibride per creare una struttura sferica simile a una cipolla contenente farmaci antitumorali, che potrebbero essere utilizzati nel corpo per colpire i tumori cancerosi.

"A mio avviso, il valore complessivo di tutti questi sforzi è che possono essere utilizzati per migliorare la capacità della società di diagnosticare e curare i malati. Guardando al futuro, non sarò sorpreso che un giorno potremo creare arbitrariamente nanomacchine ibride, vaccini virali e anche forme di vita artificiale provenienti da questi elementi costitutivi per aiutare la società a combattere queste malattie difficili da curare. Sarebbe una rivoluzione nell'assistenza sanitaria", afferma Chenguang Lou.

Ulteriori informazioni: Coniugati peptide-DNA come elementi costitutivi per la progettazione de novo di nanostrutture ibride, Cell Reports Physical Science (2023). dx.doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101620

Informazioni sul giornale: Cell Reports Scienze fisiche , Comunicazioni sulla natura

Fornito dall'Università della Danimarca meridionale