Protocelnetwerken samengesteld door kunstmatige celachtige compartimenten zijn ontwikkeld voor de uitbreiding van celnabootsende functionaliteiten, zoals signaalverwerking, eiwitexpressie, morfologische differentiatie en het oogsten van energie.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Qiao Yan van het Instituut voor Chemie van de Chinese Academie van Wetenschappen, prof. Stephen Mann van de Universiteit van Bristol, en prof. Yiyang Lin van de Beijing University of Chemical Technology, hebben een binaire populatie van niet-mengbare coacervaat gerapporteerd microdruppeltjes die zich spontaan kunnen sorteren in onderling verbonden protocelnetwerken.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Chemistry op 6 november.

De zelf-geassembleerde protocel-superstructuur is thermodynamisch georganiseerd in de vorm van lineaire en vertakte ketens met een afwisselende reeks van vloeibaar-kristallijne coacervaten en niet-gestructureerde microdruppeltjes, waarin de twee niet-mengbare druppeltjes aan elkaar hechten. De netwerken zijn zelfgesorteerde constructies, aangedreven door de minimalisering van de oppervlakte-energie van coacervaatdruppeltjes in een beperkend krachtveld dat wordt gegenereerd door de lokale interacties aan het oppervlak.

Deze twee populaties coacervaten vertonen verschillende interne structuren en volgorde, waarbij de vloeibaar-kristallijne druppeltjes bevorderlijk zijn voor de selectieve opname van eiwitten, polysachariden, lipiden en ATP. Daarentegen zijn niet-gestructureerde coacervaten gevormd door positief geladen polyelektrolyten en kleine moleculen in staat nucleïnezuren te verrijken. Deze eigenschap maakt het mogelijk dat protocelnetwerken biochemische reacties ruimtelijk in afzonderlijke compartimenten kunnen lokaliseren.

Bovendien wordt het vooraf geladen oligonucleotide in vloeibaar-kristallijne coacervaten overgebracht naar een aangrenzend homogeen domein, omdat de oplosbaarheid van oligonucleotide in de ontvangende druppeltjes energetisch wordt bevorderd.

De onderzoekers toonden verder aan dat topografische herconfiguratie van het protocelnetwerk gestimuleerd zou kunnen worden door gastheer-gast-complexatie, foto-isomerisatie en door zout geïnduceerde oplossing.

Bovendien gebruikten ze de protocelnetwerken om oligonucleotiden te isoleren uit mengsels die eiwitten, polysachariden, lipiden of ATP bevatten. De protocelnetwerken bestaande uit coacervaten die aan het oppervlak zijn ontwikkeld, zijn in staat de coalescentie van zichzelf en zelfdruppeltjes te beperken en zich te assembleren tot weefselachtige 2D-superstructuren.

De op coacervaat gebaseerde protocel-superstructuren vertegenwoordigen een stap in de richting van de spontane orkestratie van kunstmatige meercellige kolonies met een hogere orde organisatie en collectieve functies.

Meer informatie: Wenjing Mu et al, Superstructurele ordening in zelfsorterende, op coacervaat gebaseerde protocelnetwerken, Natuurchemie (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01356-1

Journaalinformatie: Natuurchemie

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen