Vědci z University of North Carolina v Chapel Hill úspěšně zkonstruovali v laboratoři funkční umělé buňky s naprogramovanou DNA, které se chovají jako živé. Freemanova laboratoř vytvořila buňky s funkčními cytoskelety pomocí nového přístupu, který obchází přirozeně se vyskytující proteiny.
Ronit Freeman a její tým prokázali svůj úspěch při manipulaci s DNA a proteiny, základními stavebními kameny života, za účelem vytvoření umělých buněk, které se velmi podobají těm, které se nacházejí v lidském těle. Podle Freemana byly syntetické buňky stabilní i při teplotě 50° C. To otevírá „možnost výroby buněk s mimořádnými schopnostmi v prostředích běžně nevhodných pro lidský život“.
Místo vytváření materiálů, které vydrží, Freeman říká, že jejich materiály jsou vytvořeny pro úkol - vykonávat určitou funkci, a pak jsou upraveny tak, aby vykonávaly novou funkci. Tento úspěch má významnou perspektivu pro rozvoj regenerativní medicíny, metod podávání léků a diagnostických technologií. "Díky tomuto objevu můžeme přemýšlet o umělých tkaninách nebo tkaninách, které mohou být citlivé na změny v prostředí a chovat se dynamicky," říká Freeman.
Buňky a tkáně se spoléhají na proteiny při provádění různých úkolů a budování životně důležitých struktur. Jedna taková struktura, cytoskelet, slouží jako kostra pro buňku, která jí umožňuje správně fungovat. Cytoskelet je kritický pro udržení tvaru buňky a usnadnění reakcí na prostředí. Tým vytvořil umělé buňky s funkčními cytoskelety pomocí nového přístupu, který obchází přirozené proteiny. Vyvinuli pokročilou technologii zvanou technologie programované peptidové DNA. Tato metoda organizuje spolupráci mezi peptidy, základními stavebními kameny proteinů, a zpracovaným genetickým materiálem pro stavbu cytoskeletu. Výsledkem je, že tyto upravené buňky mohou přizpůsobit svůj tvar a reagovat na signály prostředí, což dokazuje pozoruhodný potenciál syntetické biologie.
"DNA se normálně v cytoskeletu neobjevuje." Přeprogramovali jsme sekvenci DNA tak, aby fungovala jako architektonický materiál, který spojuje peptidy dohromady,“ řekl Freeman. "Jakmile byl tento naprogramovaný materiál umístěn do kapky vody, struktury získaly tvar."
Tato bezprecedentní schopnost programovat DNA dává vědcům schopnost vytvářet buňky na míru pro konkrétní účely a dokonce regulovat reakci těchto buněk na vnější stres. Přestože syntetické buňky vytvořené ve Freeman Lab postrádají složitost živých buněk, nabízejí úroveň předvídatelnosti a odolnosti vůči drsným podmínkám, jako jsou extrémní teploty.
Místo toho, aby se soustředil na vytváření odolných materiálů, zdůrazňuje Freeman přizpůsobivost těchto buněk – jsou navrženy tak, aby vykonávaly určité funkce a následně se přizpůsobily novým úkolům.
Začleněním různých peptidových nebo DNA konstruktů mohou být tyto materiály přizpůsobeny pro programování buněk ve tkáních nebo tkáních. Tato všestrannost otevírá příležitosti pro integraci s dalšími technologiemi syntetických buněk, což může způsobit revoluci v oblastech, jako je biotechnologie a medicína.
"Tento výzkum nám pomáhá pochopit, z čeho se skládá život," říká Freeman. "Tato technologie syntetických buněk nám umožní nejen replikovat to, co dělá příroda, ale také vytvářet materiály, které jsou lepší než biologické."
Přečtěte si také: