Complexe reactiecascades kunnen worden geactiveerd in kunstmatige moleculaire systemen:Zwitserse wetenschappers hebben een enzym geconstrueerd dat een zoogdiercel kan binnendringen en de afgifte van een hormoon kan versnellen. Dit activeert vervolgens een genschakelaar die de aanmaak van een fluorescerend eiwit activeert. De bevindingen werden gerapporteerd door onderzoekers van de NCCR Molecular Systems Engineering, geleid door de Universiteit van Basel en ETH Zürich.

De natuur vertrouwt op enzymen om energie-intensieve biochemische reacties te versnellen die nodig zijn voor het behoud van leven. Echter, natuurlijke enzymen zijn niet allemaal even geschikt voor alle reactietypes. Kunstmatig gecreëerde katalysatoren zijn veel veelzijdiger, omdat ze veel meer chemische syntheseprocessen kunnen bevorderen.

Er is dus een groot potentieel in het introduceren van kunstmatige katalysatoren in levende cellen en organen om celfuncties op genetisch niveau te wijzigen of om een ​​medicijn te maken van een onschadelijke voorloper in de cel zelf. Echter, dergelijke katalysatoren werken vaak alleen onder strikt gecontroleerde omstandigheden die in levende cellen bijna onmogelijk te bereiken zijn.

Cascade van kunstmatige componenten

Om deze beperking te overwinnen, onderzoekers van de universiteiten van Basel (professor Thomas Ward) en Genève (professor Stefan Matile) en van ETH Zürich (professor Martin Fussenegger) ontwikkelden een katalysator met kleine moleculen die een gen-switch kan aansturen. Als deze schakelaar is geactiveerd, de gewenste celfunctie wordt geactiveerd.

Voor het huidige onderzoek de onderzoekers maakten een metallo-enzym, een biocompatibel eiwit waarin een katalytisch actief metaalfragment (in dit geval ruthenium) is verwerkt. Met deze methode, ze slaagden er voor het eerst in een kunstmatig metallo-enzym te ontwikkelen dat een zoogdiercel kon binnendringen.

Eenmaal in de cel, het metallo-enzym zette – net als een paard van Troje – zijn katalytische functie in en versnelde de productie van een bepaald schildklierhormoon. Dit hormoon activeerde vervolgens een synthetische genschakelaar die leidde tot de aanmaak van een fluorescerend eiwit dat luciferase wordt genoemd.

Een nieuw soort chemie in levende organismen

De studie, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , bewijst de haalbaarheid van een innovatieve aanpak die gericht is op de ontwikkeling van celfuncties en als aanvulling op traditionele biochemische processen. Het werk is een goed voorbeeld van de mogelijkheden die de combinatie van synthetische biologie en organometaalchemie biedt voor de beheersing van celfuncties in levende organismen.