Raziskovalci z Univerze Severne Karoline v Chapel Hillu so v laboratoriju uspešno izdelali funkcionalne umetne celice s programirano DNK, ki se obnašajo kot žive. Laboratorij Freeman je izdelal celice s funkcionalnimi citoskeleti z uporabo novega pristopa, ki zaobide naravno prisotne beljakovine.
Ronit Freeman in njena ekipa so dokazali svoj uspeh pri manipulaciji DNK in beljakovin, temeljnih gradnikov življenja, da bi ustvarili umetne celice, ki so zelo podobne tistim v človeškem telesu. Po besedah Freemana so bile sintetične celice stabilne tudi pri temperaturi 50 °C. To odpira "možnost proizvodnje celic z izrednimi zmogljivostmi v okoljih, ki so običajno neprimerna za človeško življenje."
Namesto ustvarjanja materialov, ki bodo trajali, Freeman pravi, da so njihovi materiali ustvarjeni za nalogo – opravljajo določeno funkcijo, nato pa so spremenjeni za izvajanje nove funkcije. Ta dosežek ima pomembne možnosti za razvoj regenerativne medicine, metod dostave zdravil in diagnostičnih tehnologij. "Zahvaljujoč temu odkritju lahko razmišljamo o inženirskih tkaninah ali tkaninah, ki so lahko občutljive na spremembe v okolju in se obnašajo dinamično," pravi Freeman.
Celice in tkiva so odvisni od beljakovin za opravljanje različnih nalog in gradnjo vitalnih struktur. Ena taka struktura, citoskelet, služi kot okvir za celico, ki ji omogoča pravilno delovanje. Citoskelet je ključnega pomena za ohranjanje oblike celice in omogočanje odzivov na okolje. Ekipa je izdelala umetne celice s funkcionalnimi citoskeleti z uporabo novega pristopa, ki obide naravne beljakovine. Razvili so napredno tehnologijo, imenovano tehnologija programirane peptidne DNK. Ta metoda organizira sodelovanje med peptidi, osnovnimi gradniki beljakovin, in predelanim genskim materialom za izgradnjo citoskeleta. Posledično lahko te načrtovane celice prilagodijo svojo obliko in se odzovejo na okoljske signale, kar dokazuje izjemen potencial sintetične biologije.
»DNK se običajno ne pojavi v citoskeletu. Reprogramirali smo zaporedje DNK tako, da deluje kot arhitekturni material, ki veže peptide skupaj,« je dejal Freeman. "Ko je bil ta programirani material postavljen v kapljico vode, so se strukture oblikovale."
Ta izjemna sposobnost programiranja DNK daje znanstvenikom možnost, da ustvarijo celice, prilagojene za posebne namene, in celo uravnavajo odziv teh celic na zunanje obremenitve. Čeprav sintetične celice, ustvarjene v laboratoriju Freeman, nimajo kompleksnosti živih celic, ponujajo raven predvidljivosti in odpornosti na težke pogoje, kot so ekstremne temperature.
Namesto da bi se osredotočil na ustvarjanje trajnih materialov, Freeman poudarja prilagodljivost teh celic – oblikovane so za opravljanje določenih funkcij in se nato prilagajajo novim nalogam.
Z vključitvijo različnih peptidnih ali DNK konstruktov je mogoče te materiale prilagoditi za programiranje celic v tkivih ali tkivih. Ta vsestranskost odpira priložnosti za integracijo z drugimi tehnologijami sintetičnih celic, kar lahko povzroči revolucijo na področjih, kot sta biotehnologija in medicina.
"Ta raziskava nam pomaga razumeti, iz česa je življenje," pravi Freeman. "Ta sintetična celična tehnologija nam bo omogočila ne le posnemanje tega, kar počne narava, ampak tudi ustvarjanje materialov, ki so boljši od bioloških."
Preberite tudi: