Onderzoekers van de Universiteit van Bristol hebben aangetoond dat aanwezige kunstmatige cellen hun protocelgastheren verlaten door antagonistisch gedrag te vertonen bij het ontvangen van een chemisch signaal.

Het werk opent nieuwe perspectieven om synthetische zachte materialen te ontwikkelen met levensechte eigenschappen.

Levende cellen werken samen en concurreren met elkaar om hun overleving te maximaliseren en hun collectieve gedrag te optimaliseren. Het reproduceren van dit gedrag in gemeenschappen van synthetische celachtige entiteiten (protocellen) is buitengewoon uitdagend en vereist dat verschillende soorten protocellen dicht bij elkaar worden gebracht, zodat ze samen kunnen werken, Of anders, tegen elkaar werken.

In een nieuwe studie die vandaag is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , Professor Stephen Mann van Bristol's School of Chemistry, samen met collega's Dr. Nicolas Martin, Yan Qiao, Richard Booth en Mei Li in het Bristol Centre for Protolife Research, en de Franse medewerker Jean-Paul Douliez van de Universiteit van Bordeaux hebben deze uitdaging aangepakt door twee soorten enzymbevattende protocellen te ontwerpen, die, wanneer ze met elkaar worden gemengd, spontaan samenkomen in geneste gast-gastgemeenschappen die synergetisch of antagonistisch werken, afhankelijk van de sterkte van een chemisch signaal.

Het team gebruikte grote druppels van een pH-gevoelig vetzuurcomplex (coacervaat) en kleine eiwit-polymeermicrocapsules (proteinosomen) als gastheer- en gastprotocellen. respectievelijk. Door aantrekkelijke interacties tussen de twee soorten protocellen te ontwikkelen, de proteïnosomen werden spontaan gevangen en geïnternaliseerd in de coacervaat-microdruppeltjes om een ​​geneste gemeenschap te produceren.

De onderzoekers laadden enzymatisch de geneste gemeenschap door glucose-oxidase en mierikswortelperoxidase op te sluiten in de proteïnosomen en coacervaat-microdruppeltjes, respectievelijk. Toevoeging van kleine hoeveelheden glucose aan de omgeving produceerde een coöperatieve interactie tussen de gastheer en gast-protocellen, zodat de twee enzymen samenwerkten om een ​​ruimtelijk gekoppelde chemische cascade te produceren.

Echter, het verhogen van het niveau van het glucosesignaal zette de gastprotocellen tegen hun gastheer op, wat leidde tot de pH-geïnduceerde demontage van de coacervaatdruppels en het vrijkomen van de residente proteinosomen. Een verrassend kenmerk van het zelf-herconfiguratieproces was dat de druppeltjes zich herstructureerden tot kleine vetzuurblaasjes die vast kwamen te zitten in de uitgeworpen protosomes om een ​​nieuw type geneste protocel te produceren.

Professor Stephen Mann zei:"Hoewel het onderzoek zich in een vroeg stadium bevindt, onze langetermijnvisie is het ontwikkelen van dynamische interactienetwerken in synthetische protocelgemeenschappen. Dit kan nieuwe kansen bieden voor het ontwerpen van functionele levensechte microsystemen die gezamenlijk werken als bijvoorbeeld slimme sensoren, drug delivery en release agenten, en microschaalmodules voor het opvangen en opslaan van energie."