Τα κύτταρα είναι η βασική δομική μονάδα για να λειτουργήσουν με αρτιότητα σχεδόν όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Παρέχουν ένα περιβάλλον για να αλληλεπιδράσουν τα θεμελιώδη μόρια, να υπάρξουν αντιδράσεις και να διατηρηθεί η υγεία.
Ωστόσο, το βιολογικό κύτταρο είναι πολύ περίπλοκο, καθιστώντας δύσκολο να καταλάβουμε τι συμβαίνει μέσα του. Ένας τρόπος αντιμετώπισης αυτού του βιολογικού προβλήματος είναι να σχεδιάσουμε ένα συνθετικό τεχνητό κύτταρο ως απλούστερο σύστημα σε σύγκριση με τα βιολογικά κύτταρα.
Οι ερευνητές στο Ινστιτούτο Molecular Cell Biology and Genetics της Dresden του Max Planck επινόησαν ένα τέτοιο τεχνητό μηχανισμό κατασκευάζοντας ένα συνθετικό κύτταρο που μπορεί να ενσωματωθεί σε θεμελιώδεις βιοχημικές αντιδράσεις. Μάλιστα τα ευρήματα της μελέτης αναφέρουν ό,τι αυτό το τεχνητό κύτταρο μπορεί να ανταποκριθεί στις αλλαγές του περιβάλλοντος.
Τα κύτταρα αποτελούν τα βασικά δομικά στοιχεία της ζωής. Παρέχουν ένα ξεχωριστό και δυναμικό περιβάλλον για την οργάνωση μορίων και αντιδράσεων που απαιτούνται για τη διατήρηση της ζωής. Μέσα στο κύτταρο υπάρχουν αμέτρητα μόρια, όπως το DNA, οι πρωτεΐνες, τα σάκχαρα και τα λίπη (λιπίδια) που πρέπει να έρθουν σε επαφή μεταξύ τους με διάφορους τρόπους.
Για να καταλάβουμε πως τα κύτταρα οργανώνουν όλα αυτά τα συστατικά ώστε να λειτουργούν σε ένα πολύπλοκο περιβάλλον, οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει συνθετικά κύτταρα που μιμούνται ορισμένες κυτταρικές διεργασίες. Αυτός ο τομέας έρευνας της συνθετικής βιολογίας συνδυάζει τη μηχανική και τη βιολογία και επικεντρώνεται στην χειραγώγηση του φυσικού βιολογικού συστήματος και στην απλούστευση του.
Παρά τις μεγάλες εξελίξεις στον τομέα της συνθετικής βιολογίας, η οικοδόμηση δυναμικών συστημάτων εξακολουθεί να είναι πολύ δύσκολη. Η ερευνητική ομάδα, που χρηματοδοτήθηκε μέσω του δικτύου MaxSynBio και απαρτίζεται από τη Dora Tang από το Ινστιτούτο Molecular Cell Biology and Genetics του Ms Planck στη Δρέσδη σε συνεργασία με την Rumiana Dimova και τον Tom Robinson κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα συνθετικό κύτταρο που μπορεί να αντιδράσει στις αλλαγές στο περιβάλλον.
Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα διαμέρισμα με μεμβράνη που περιέχει ένα υπο-διαμέρισμα χωρίς μεμβράνη μέσα σε αυτό. Αυτό το υποσύστημα μπορεί να συναρμολογηθεί και να αποσυναρμολογηθεί ανάλογα με τις αλλαγές στο περιβάλλον.
Ανταπόκριτα υποσυστήματα
Η βασική πρόκληση κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας ήταν η δημιουργία ενός επιμέρους διαμερίσματος από μόρια που έμειναν μέσα στο συνθετικό κύτταρο. Αυτά τα κύτταρα απεικονίστηκαν με μικροσκοπία φθορισμού. Η Celina Love, η επικεφαλής της μελέτης, μας εξηγεί ό,τι:
«Όπως και οι γευστικοί μας έλεγχοι μπορούν να μας επιτρέψουν να δοκιμάσουμε γεύσεις που είναι αλμυρές ή ξινές, τα συστατικά μέσα σε ένα κύτταρο μπορούν επίσης να ανταποκριθούν στην οξύτητα ενός περιβάλλοντος. έτσι, μπορούμε να επηρεάσουμε τη συμπεριφορά των μορίων που συναντώνται και την ικανότητα τους να σχηματίζουν υποσυστήματα. Η παρούσα έρευνα ήταν εξαιρετικά συναρπαστική αφού μας έδωσε τη δυνατότητα να δούμε πως οι χημικές αντιδράσεις θα μπορούσαν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν αλλάζοντας την οξύτητα μέσα στο συνθετικό κύτταρο.
Η Celina Love πρόσθεσε επίσης: «Η εργασία μας αποτελεί αναμφισβήτητα είναι ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση του σχεδιασμού πολύπλοκων σύνθετων συνθετικών κυττάρων που μιμούνται τις βιολογικές συμπεριφορές. Αυτό το συντονιστικό συνθετικό σύστημα παρουσιάζει καταπληκτικές δυνατότητες για την αντιμετώπιση θεμελιωδών ζητημάτων στη βιολογία, καθώς τα κύτταρα ενσωματώνουν ένα πλήθος και ποικιλία σημάτων από το περιβάλλον για να εκτελούν και να συντονίζουν τις βασικές κυτταρικές λειτουργίες όπως ο μεταβολισμός».
