Исследователи создали самую простейшую искусственную клетку за всю историю – просто мембрану, фермент и миссия.
В прорыве, который переживает жизнь до своих самых основных правил, ученые из Института биоинженерии каталонии (IBEC) создали синтетическую минимальную клетку, которая может двигаться самостоятельно, управляемой исключительно химией.
Так же, как бактерии, которые плавают в сторону пищи или иммунных клеток, которые участвуют в участках инфекции, эта крошечная, безжизненная везикула может ощущать окружающую среду и перемещаться по ней.
Химия становится компасом
Хитрость заключается в процессе, называемом хемотаксисом, способностью перемещаться по химическим градиентам.
В природе это то, как сперма находит яйцо или как белые кровь обнаруживают воспаление. Но вместо того, чтобы полагаться на сложную биологическую машину, такую как жгутики или рецепторы, эта искусственная клетка использует только три части: липидная мембрана, фермент и мембранная пор.
Липосомы, жирные пузырьки, изготовленные из тех же молекул, что и настоящие клеточные мембраны, служили структурной оболочкой. При помещении в градиент глюкозы или мочевины фермент внутри липосомы реагирует с молекулами, создавая дисбаланс в концентрации.
Это генерирует поток жидкости вдоль поверхности пузырька, подталкивая его к более высокой концентрации.
Поры действуют как контролируемый шлюз, создавая асимметрию, необходимую для движения, например, самосопозитивной лодки, прикрепленной к молекулярным токам.
Чтобы доказать, что это сработало, исследователи протестировали более 10000 везикул в микрофлюидных каналах под тщательно контролируемыми градиентами.
Они обнаружили, что везикулы с большим количеством пор демонстрировали более сильное хемотаксическое поведение, в то время как те, у которых нет пор, пассивно перемещались в сторону более низких концентраций, очень лишь из -за простой диффузии.
«Мы восстанавливаем весь танец только с тремя вещами: жирной раковиной, один фермент и пор». сказал старший автор профессор Джузеппе Батталья, профессор исследований ICREA в IBEC. «Нет суеты. Теперь скрытые правила выпрыгивают. Это сила синтетической биологии: разделите головоломку до костей, и вдруг вы видите музыку в беспорядке. Что когда -то казалось запутанным? Чистая, элегантная химия, делая больше с меньшими затратами».
Книга правил природы, переписано минимально
В живых системах хемотаксис является фундаментальной стратегией выживания, позволяющей клеткам преследовать питательные вещества, избегать опасности и координировать развитие.
Воспроизведение этого поведения с помощью таких минимальных компонентов дает ученым модель того, как жизнь могла впервые перенесена в раннюю эволюционную историю.
Эти результаты открывают дверь для инженерных синтетических клеток для точной доставки лекарств, экологического зондирования или даже программируемых систем самообъекции.
Поскольку все компоненты распространены в биологии, масштабирование или модификация системы может в конечном итоге позволить реагирующим микро-роботам, полностью построенным из мягких материалов.
«Посмотрите на движение пузырька. На самом деле смотрите его», – сказала Батталья. «Этот крошечный пузырь содержит секреты: как клетки шепчу друг другу, как они отправляют груз жизни. Но механизм биологии шумно, слишком много деталей! Итак, мы обманываем».
Исследование было сотрудничеством между Ибеком, Университетом Барселоны, Университетским колледжем Лондона, Университетом Ливерпуля, Институтом Биофизики и Фондом науки Икербаска. Теоретическая поддержка пришла от команды Хосе Мигеля Руби в UB, которая предсказала хемотаксическое поведение везикул.
Исследование было опубликовано в журнале НаукаПолем
2025-07-25 23:50:00
1753488338
#первую #очередь #искусственная #клетка #движется #самостоятельно #используя #Chemistry
Ещё по этой теме