Forskare från University of North Carolina vid Chapel Hill har framgångsrikt konstruerat funktionella konstgjorda celler i laboratoriet med programmerat DNA som beter sig som levande. Freeman-labbet har konstruerat celler med funktionella cytoskelett med ett nytt tillvägagångssätt som kringgår naturligt förekommande proteiner.
Ronit Freeman och hennes team har visat sin framgång med att manipulera DNA och proteiner, livets grundläggande byggstenar, för att skapa konstgjorda celler som nära liknar de som finns i människokroppen. Enligt Freeman var de syntetiska cellerna stabila även vid en temperatur på 50°C. Detta öppnar för "möjligheten att producera celler med extraordinära förmågor i miljöer som normalt är olämpliga för mänskligt liv."
Istället för att skapa material som håller, Freeman säger, att deras material är skapat för en uppgift - utföra en viss funktion och sedan modifieras för att utföra en ny funktion. Denna prestation har betydande utsikter för utvecklingen av regenerativ medicin, läkemedelsleveransmetoder och diagnostiska teknologier. "Tack vare denna upptäckt kan vi tänka på konstruerade tyger eller tyger som kan vara känsliga för förändringar i miljön och uppträda dynamiskt", säger Freeman.
Celler och vävnader är beroende av proteiner för att utföra olika uppgifter och bygga vitala strukturer. En sådan struktur, cytoskelettet, fungerar som ett ramverk för cellen, vilket gör att den kan fungera korrekt. Cytoskelettet är avgörande för att bibehålla cellform och underlätta reaktioner på miljön. Teamet konstruerade konstgjorda celler med funktionella cytoskelett med en ny metod som kringgår naturliga proteiner. De har utvecklat en avancerad teknik som kallas programmerad peptid-DNA-teknik. Denna metod organiserar samarbetet mellan peptider, de grundläggande byggstenarna i proteiner och bearbetat genetiskt material för att bygga upp cytoskelettet. Som ett resultat kan dessa konstruerade celler anpassa sin form och svara på miljösignaler, vilket visar den anmärkningsvärda potentialen hos syntetisk biologi.
"DNA förekommer normalt inte i cytoskelettet. Vi omprogrammerade DNA-sekvensen så att den fungerar som ett arkitektoniskt material och binder samman peptiderna, säger Freeman. "När det här programmerade materialet väl placerats i en droppe vatten tog strukturerna form."
Denna oöverträffade förmåga att programmera DNA ger forskare möjligheten att skapa celler skräddarsydda för specifika ändamål och till och med reglera dessa cellers svar på yttre påfrestningar. Även om de syntetiska cellerna som skapas i Freeman Lab saknar komplexiteten hos levande celler, erbjuder de en nivå av förutsägbarhet och motståndskraft mot svåra förhållanden som extrema temperaturer.
Istället för att fokusera på att skapa hållbara material, betonar Freeman anpassningsförmågan hos dessa celler – de är designade för att utföra vissa funktioner och sedan anpassa sig till nya uppgifter.
Genom att införliva olika peptid- eller DNA-konstruktioner kan dessa material skräddarsys för att programmera celler i vävnader eller vävnader. Denna mångsidighet öppnar möjligheter för integration med andra syntetiska cellteknologier, vilket potentiellt revolutionerar områden som bioteknik och medicin.
"Denna forskning hjälper oss att förstå vad livet består av", säger Freeman. "Denna syntetiska cellteknik kommer att tillåta oss inte bara att replikera vad naturen gör, utan också att skapa material som är överlägsna biologiska."
Läs också: