Onderzoekers van de Universiteit van Bristol hebben met succes door enzymen aangedreven kunstmatige cellen geassembleerd die kunnen drijven of zinken, afhankelijk van hun interne chemische activiteit. Het werk biedt een nieuwe benadering voor het ontwerpen van complexe levensechte eigenschappen in niet-levende materialen.

Micro-organismen hebben een hoge mate van controle over hun voortbeweging ontwikkeld met behulp van motiliteitsmechanismen die in hun eenvoudigste vorm eenvoudig glijden en het drijfvermogen van gasbellen omvatten.

Het kopiëren van deze processen in kunstmatige celachtige entiteiten (protocellen) blijft een aanzienlijke uitdaging en vormt een ernstige beperking voor het ontwerpen van synthetische protocellen die in staat zijn tot logistieke operaties waarbij het gerichte transport van medicijnmoleculen en teledetectie van milieuverontreinigende stoffen betrokken is.

In een nieuwe studie die vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Natuurchemie , Professor Stephen Mann van de School of Chemistry van de Universiteit van Bristol, samen met collega's Pavan Kumar en Avinash Patil in het Bristol Centre for Protolife Research hebben deze uitdaging aangepakt door een nieuw type model-protocel te ontwerpen op basis van de zelfassemblage van DNA en klei.

Twee verschillende soorten enzymen - katalase en glucose-oxidase - zitten opgesloten in de protocellen en worden gebruikt als chemische motoren om in of uit te schakelen, respectievelijk, de vorming van zuurstofbellen.

De door katalase gegenereerde gasbellen worden opgesloten in de protocellen, zodat de microcapsules drijvend worden en omhoog bewegen in de waterkolom. Vervolgens dalen ze terug naar hun oorspronkelijke locatie door de zuurstof te gebruiken als brandstof voor glucose-oxidase.

Als gevolg hiervan, de protocellen oscilleren op en neer door de waterkolom. De onderzoekers gebruiken deze programmeerbare beweeglijkheid voor het zelf sorteren van gemengde protocelgemeenschappen, voor het drijven van macroscopische objecten en voor toegang tot en verwerking van afgelegen chemische omgevingen.

Professor Mann zei:"Dit werk zou een nieuwe horizon kunnen openen in protocelonderzoek waar beweging en celachtige operaties over relatief lange afstanden kunnen worden gekoppeld.

"Bijvoorbeeld, oscillerende beweging van de drijvende protocellen zou kunnen worden gebruikt om de beweeglijke protocellen in en uit lichte of donkere zones in de waterkolom over te brengen om een ​​rudimentaire vorm van fototroof gedrag vast te stellen.

"Hoewel het onderzoek zich nog in een vroeg stadium bevindt, onze algemene visie is om nieuwe proto-biologische technologieën te ontwikkelen voor de ontwikkeling van functionele microschaalsystemen met levensechte eigenschappen."