Een studie gepubliceerd in Nature Chemistry onthult een opmerkelijke sprong in de synthese van kunstmatige cellen met behulp van synthetische materialen, die werd bereikt door een internationaal team onder leiding van Dr. Andrea Belluati, Prof. Nico Bruns (beide TU Darmstadt) en Dr. Sètuhn Jimaja (Universiteit van Fribourg).

Deze cellen, vervaardigd via een proces dat biokatalytische polymerisatie-geïnduceerde zelfassemblage (bioPISA) wordt genoemd, vertegenwoordigen een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van synthetische biologie.

Kunstmatige cellen zijn microscopische structuren die de eigenschappen van levende cellen nabootsen. Ze vertegenwoordigen belangrijke microreactoren om chemische reacties te verbeteren en voor moleculaire systeemtechniek, fungeren als gastheer voor synthetische biologische routes en zijn belangrijke hulpmiddelen om de oorsprong van het leven te bestuderen.

Het team ontwikkelde een enzymatische synthese van polymere microcapsules en gebruikte deze om de oplosbare inhoud (dat wil zeggen het cytosol) van bacteriële cellen in te kapselen, waardoor kunstmatige cellen ontstonden met het vermogen om aan de binnenkant een reeks eiwitten te produceren, waaronder een fluorescerend eiwit. structureel eiwit actine om een ​​cytoskeletachtige structuur te creëren, en het enzym alkalische fosfatase om het biomineralisatieproces in menselijke botten te imiteren.

De expressie van eiwitten bootst niet alleen een van de fundamentele eigenschappen van levende cellen na, maar toont ook het potentieel van deze kunstmatige cellen in verschillende toepassingen, van medicijnafgifte tot weefselmanipulatie.

"Onze studie overbrugt een cruciale kloof in de synthetische biologie, door de wereld van synthetische materialen te combineren met enzymatische processen om complexe, kunstmatige cellen te creëren, net als echte cellen", zegt Belluati. "Dit opent nieuwe perspectieven bij het creëren van celnabootsers die niet alleen structureel vergelijkbaar zijn met biologische cellen, maar ook functioneel competent zijn."

Bruns voegt hieraan toe:"Enzymatische radicaalpolymerisaties zijn de sleutel tot het creëren van deze kunstmatige cellen. Enzymen synthetiseren polymeren die zichzelf tijdens de polymerisatie assembleren tot polymeercapsules van nano- en microformaat. Dit is een zeer eenvoudige maar efficiënte manier om de kunstmatige cellen te bereiden. In toekomstig werk willen we eiwitten gebruiken die in de kunstmatige cellen tot expressie worden gebracht om verdere polymerisaties te katalyseren, waardoor de groei en replicatie van natuurlijke cellen worden nagebootst."

Meer informatie: Andrea Belluati et al, Kunstmatige celsynthese met behulp van door biokatalytische polymerisatie geïnduceerde zelfassemblage, Natuurchemie (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01391-y

Journaalinformatie: Natuurchemie

Aangeboden door Technische Universitat Darmstadt