Op zoek naar nieuwe bronnen van verbruiksartikelen, wetenschappers zijn gaan beseffen dat het leven zelf de oplossing zou kunnen zijn. Metabolische ingenieurs hebben het metabolisme van levende organismen veranderd om nieuwe medicijnen te maken, biologisch afbreekbare stoffen en biobrandstoffen. Een van de beste voorbeelden in de moderne tijd is penicilline. Metabolische engineeringbacteriën hebben de productiesnelheid van dit medicijn meer dan 100 keer verbeterd.

Een grote uitdaging op dit gebied is om te bepalen welke cellen het meest productief zijn. Het is relatief eenvoudig om bulkpopulaties te bestuderen, wat resulteert in informatie over het metabolisme van de totale celpopulatie. Echter, het blijft uiterst moeilijk om te identificeren welke cellen in de bulkpopulatie boven de rest uitsteken in termen van metabolietproductie en daarom het beste zijn om te kopiëren en te imiteren. Deze identificatie vereist het observeren van de innerlijke processen van individuele cellen in realtime terwijl de metaboliet wordt gemaakt. Wetenschappers van het Nara Institute of Science and Technology (NAIST) rapporteren een nieuw systeem dat dit doel bereikt in microalgencellen. Het systeem combineert fluorogene aptameren met femtoseconde laserfotoporatie. De studie is gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

"Algen hebben een aantal aantrekkelijke eigenschappen voor metabolic engineering. Ten eerste, ze zijn extreem adaptief, omdat ze in staat zijn om in een breed scala van omgevingen te leven, van de evenaar tot de polen en zelfs in sterk zoute of vervuilde wateren, " zegt professor Yoichiroh Hosokawa, die de studie leidde.

Normaal gesproken, wetenschappers gebruiken fluorescentiemicroscopie om in een cel te kijken. Deze strategie omvat het bevestigen van een molecuul dat fluoresceert aan de metaboliet van belang. Echter, vanwege celwandbescherming, het was moeilijk om fluorescerende moleculen te introduceren die van buitenaf specifieke metabolieten in microalgencellen detecteren.

Het team van Hosokawa heeft daarom fluorescerende aptameren ontwikkeld die fluorescentie uitzenden bij binding aan de metaboliet paramylon en productiemethoden die ze door laserpulsen in de cel kunnen introduceren.

"We hebben een peptide-aptameer gesynthetiseerd dat bindt aan paramylon, en introduceerde het in Euglena gracilis-cellen door middel van laserverwerking met één cel, " zei dr. Takanori Maeno, wie de eerste auteur van de studie was. "Paramylon wordt alleen door Euglena geproduceerd en functioneert als vezels. Het kan worden geraffineerd tot biobrandstoffen, " hij voegde toe.

Om de aptamer in de cel te krijgen, de wetenschappers schoten de cellen met laserpulsen van slechts femtoseconden lang. Deze pulsen creëerden tijdelijke poriën die groot genoeg waren om de aptameren binnen te laten. Eenmaal binnen, de cellen werden alleen groen op plaatsen waar de aptameren aan paramylon bonden. Met behulp van deze techniek, Hosokawa's groep kon de accumulatie van paramylon in de tijd meten, waardoor efficiënte cellen worden onderscheiden van hun onproductieve buren.

Hoewel het systeem alleen op paramylon is getest, Hosokawa stelt dat andere metabolieten detecteerbaar zullen zijn met geschikte aptameren.

"Onze methode geeft ruimtelijke en temporele informatie over intracellulaire doelparamylon, maar zou in de toekomst voor alle soorten metabolieten moeten werken. Het is handig voor het selecteren van hoogwaardige cellen, " hij zei.