Исследователи из Бристольского университета успешно собрали искусственные клетки, работающие на ферментах, которые могут плавать или тонуть в зависимости от их внутренней химической активности. Работа представляет собой новый подход к разработке сложных свойств жизни в неживых материалах.
Микроорганизмы развили высокую степень контроля над своим передвижением, используя механизмы подвижности, которые в своей простейшей форме включают простое скольжение и плавучесть пузырьков газа.
Копирование этих процессов в искусственных клеточных объектах (протоклетках) остается серьезной проблемой и накладывает серьезные ограничения на разработку синтетических протоклеток, способных выполнять логистические операции, включающие направленный транспорт молекул лекарств и дистанционное обнаружение загрязнителей окружающей среды.
В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature Chemistry, профессор Стивен Манн из Школы химии Бристольского университета вместе с коллегами Паваном Кумаром и Авинашем Патилом из Бристольского центра исследований протожизни решили эту проблему, разработав новый тип модельной протоклетки, основанный на самосборке ДНК и глины.
Два различных типа ферментов - каталаза и глюкозооксидаза - заключены внутри протоклеток и используются как химические двигатели для включения или выключения, соответственно, образования пузырьков кислорода.
Пузырьки газа, генерируемые каталазой, захватываются внутри протоклеток, так что микрокапсулы становятся плавучими и поднимаются вверх в толще воды. Затем они возвращаются в исходное положение, используя кислород в качестве топлива для глюкозооксидазы.
Как следствие, протоклетки колеблются вверх и вниз по толщине воды. Исследователи используют эту программируемую подвижность для самосортировки смешанных сообществ протоклеток, для плавания макроскопических объектов, а также для доступа и обработки удаленных химических сред.
Профессор Манн сказал: «Эта работа может открыть новый горизонт в исследованиях протоклеток, где движение и клеточные операции могут быть связаны на относительно больших расстояниях».
Например, колебательное движение плавучих протоклеток может быть использовано для переноса подвижных протоклеток в светлые или темные зоны в толще воды и из них, чтобы установить рудиментарную форму фототрофного поведения.
"Несмотря на то, что исследования находятся на ранней стадии, наше общее видение заключается в разработке новых протобиологических технологий для разработки функциональных микросистем со свойствами, подобными жизни."