Een vereenvoudigde versie van een kunstmatige cel produceert functionele eiwitten en sorteert ze zelfs.

Voor jaren, wetenschappers over de hele wereld hebben gedroomd van het bouwen van een complete, functioneel, kunstmatige cel. Hoewel dit visioen nog steeds een vage waas aan de horizon is, velen boeken vooruitgang op verschillende fronten. Prof. Roy Bar-Ziv en zijn onderzoeksteam in de afdeling Materialen en Interfaces van het Weizmann Instituut hebben onlangs een belangrijke stap in deze richting gezet toen ze een tweedimensionale, celachtig systeem op een glazen chip. Dit systeem, samengesteld uit enkele van de fundamentele biologische moleculen die in cellen worden aangetroffen - DNA, RNA, eiwitten – voerden een van de centrale functies van een levende cel uit:genexpressie, het proces waarbij de informatie die in de genen is opgeslagen, wordt vertaald in eiwitten. Meer dan dat, het stelde de wetenschappers in staat, onder leiding van onderzoeksstudent Yael Heyman, om "snapshots" van dit proces te verkrijgen in resolutie op nanoschaal.

Het systeem, bestaande uit glaschips van slechts acht nanometer dik, is gebaseerd op een eerdere die in het laboratorium van Bar-Ziv is ontworpen door Dr. Shirley Daube en voormalig student Dr. Amnon Buxboim. Na te zijn gecoat in een lichtgevoelige substantie, de chips worden bestraald met gerichte bundels ultraviolet licht, waardoor de biologische moleculen zich kunnen binden aan de stof in de bestraalde gebieden. Op deze manier, de wetenschappers konden precies DNA-moleculen plaatsen die coderen voor een eiwit dat is gemarkeerd met een groene fluorescerende marker in een gebied van de chip en antilichamen die de gekleurde eiwitten "vangen" in een aangrenzend gebied. Toen ze de chips onder een fluorescentiemicroscoop bekeken, het gebied waarin ze de antilichamen hadden geplaatst, werd felgroen gloeiend. Dit betekende dat de DNA-instructies waren gekopieerd naar RNA-moleculen, die op hun beurt werden vertaald in fluorescerende groene eiwitten. De groene eiwitten werden vervolgens verstrikt door de antilichamen.

Volgende, de wetenschappers vroegen of hun celachtige systeem complexe structurele samenstellingen van natuurlijk voorkomende eiwitten kon reproduceren. Deze keer, ze bevestigden een viraal gen aan het oppervlak van de chips dat codeert voor een eiwit dat zichzelf kan assembleren tot een nanobuisje. Met de hulp van Dr. Sharon Wolf van de Electron Microscopy Unit, ze observeerden een bos van minuscule buisjes die uit het antilichaamgebied ontspruiten onder een elektronenmicroscoop.

De onderzoekers zochten vervolgens naar een manier om meerdere eiwitten tegelijk te produceren en te vangen door elk eiwit in het gebied van zijn gen op de chip te beperken. Bovenop de chip waaraan het DNA dat codeert voor groene eiwitten was gebonden, de wetenschappers voegden een oplossing toe met een tweede gen dat codeert voor een rood eiwit. De resulterende rode en groene eiwitten streden om binding aan de antilichaamvallen, wat een graduele ruimtelijke scheiding oplevert waarin de antilichamen die het dichtst bij de groene genen liggen de hoogste concentratie groen eiwit hadden, met rode concentraties die verder weg stijgen.

De resultaten van dit onderzoek verschenen onlangs in Natuur Nanotechnologie .

Bar-Ziv:"We hebben laten zien dat het mogelijk is om een ​​eiwit "productielijn" buiten de cel te bouwen en daarmee een spectrum van eiwitactiviteiten te observeren." In de toekomst, een dergelijk systeem kan evolueren van het mogelijk maken van de waarneming van eiwitten naar het bieden van de basis voor technieken om complexe, actieve eiwitstructuren op aanvraag.