Исследователи из Бристольского университета показали, что резидентные искусственные клетки отказываются от своих протоклеток-хозяев, проявляя антагонистическое поведение при получении химического сигнала.
Работа открывает новые перспективы для разработки синтетических мягких материалов, наделенных свойствами, приближенными к живым.
Живые клетки сотрудничают и конкурируют друг с другом, чтобы максимизировать свое выживание и оптимизировать свое коллективное поведение. Воспроизведение такого поведения в сообществах синтетических клеточных объектов (протоклеток) является чрезвычайно сложной задачей и требует, чтобы различные типы протоклеток были сведены вместе в непосредственной близости, чтобы они могли работать в унисон или, альтернативно, работать друг против друга.
В новом исследовании, опубликованном сегодня в Nature Communications, профессор Стивен Манн из Бристольской школы химии вместе с коллегами доктором Николя Мартином, Яном Цяо, Ричардом Бутом и Мей Ли из Бристольского центра исследований протожизни и французским сотрудником Жан-Поль Дулье из Университета Бордо решил эту проблему, сконструировав два типа ферментсодержащих протоклеток, которые при смешивании спонтанно собираются во вложенные сообщества «хозяин-гость», которые действуют синергетически или антагонистически в зависимости от силы химического сигнала.
Команда использовала большие капли рН-чувствительного комплекса жирных кислот (коацерват) и небольшие белково-полимерные микрокапсулы (протеиносомы) в качестве протоклеток-хозяев и гостей соответственно. Путем разработки привлекательных взаимодействий между двумя типами протоклеток протеиносомы были спонтанно захвачены и интернализованы в микрокапли коацервата с образованием вложенного сообщества.
Исследователи ферментативно заряжали гнездовое сообщество, захватывая глюкозооксидазу и пероксидазу хрена внутри протеиносом и микрокапель коацервата соответственно. Добавление небольшого количества глюкозы в окружающую среду вызывало кооперативное взаимодействие между протоклетками хозяина и гостя, так что два фермента работали вместе, создавая пространственно связанный химический каскад.
Однако повышение уровня сигнала глюкозы настраивало гостевые протоклетки против хозяина, что приводило к pH-индуцированной разборке капель коацервата и высвобождению резидентных протеиносом. Удивительной особенностью процесса самореконфигурации было то, что капли реструктурировались в небольшие везикулы жирных кислот, которые оказывались в ловушке внутри выброшенных протеиносом, чтобы произвести новый тип вложенных протоклеток.
Профессор Стивен Манн сказал: «Несмотря на то, что исследование находится на ранней стадии, наша долгосрочная цель заключается в разработке сетей динамического взаимодействия в сообществах синтетических протоклеток. Это может открыть новые возможности для разработки функциональных микросистем, похожих на живые, которые работают коллективно, например, как интеллектуальные датчики, агенты доставки и высвобождения лекарств, а также микромасштабные модули для захвата и хранения энергии».