Forskere fra University of North Carolina i Chapel Hill har konstruert i laboratoriet funksjonelle kunstige celler med programmert DNA som oppfører seg som levende celler. Freeman-laboratoriet har konstruert celler med funksjonelle cytoskjeletter ved å bruke en ny tilnærming som omgår naturlig forekommende proteiner.
Ronit Freeman og teamet hennes har demonstrert sin suksess med å manipulere DNA og proteiner, de grunnleggende byggesteinene i livet, for å lage kunstige celler som ligner mye på de som finnes i menneskekroppen. Ifølge Freeman var de syntetiske cellene stabile selv ved en temperatur på 50°C. Dette åpner for «muligheten for å produsere celler med ekstraordinære evner i miljøer som normalt ikke er egnet for menneskeliv».
I stedet for å lage materialer som vil vare, Freeman sier, at materialene deres er laget for en oppgave - utføre en bestemt funksjon, og deretter modifiseres for å utføre en ny funksjon. Denne prestasjonen har betydelige muligheter for utvikling av regenerativ medisin, medikamentleveringsmetoder og diagnostiske teknologier. "Takket være denne oppdagelsen kan vi tenke på konstruerte stoffer eller stoffer som kan være følsomme for endringer i miljøet og oppføre seg dynamisk," sier Freeman.
Celler og vev er avhengige av proteiner for å utføre ulike oppgaver og bygge vitale strukturer. En slik struktur, cytoskjelettet, fungerer som et rammeverk for cellen, slik at den kan fungere skikkelig. Cytoskjelettet er avgjørende for å opprettholde celleform og lette responser på miljøet. Teamet konstruerte kunstige celler med funksjonelle cytoskjeletter ved å bruke en ny tilnærming som omgår naturlige proteiner. De har utviklet en avansert teknologi kalt programmert peptid DNA-teknologi. Denne metoden organiserer samarbeid mellom peptider, de grunnleggende byggesteinene til proteiner, og bearbeidet genetisk materiale for å bygge cytoskjelettet. Som et resultat kan disse konstruerte cellene tilpasse sin form og reagere på miljøsignaler, og demonstrere det bemerkelsesverdige potensialet til syntetisk biologi.
"DNA vises vanligvis ikke i cytoskjelettet. Vi omprogrammerte DNA-sekvensen slik at den fungerer som et arkitektonisk materiale, og binder peptidene sammen, sa Freeman. "Når dette programmerte materialet ble plassert i en dråpe vann, tok strukturene form."
Denne enestående evnen til å programmere DNA gir forskere muligheten til å lage celler skreddersydd for spesifikke formål og til og med regulere responsen til disse cellene på ytre påkjenninger. Selv om de syntetiske cellene som er laget i Freeman Lab mangler kompleksiteten til levende celler, tilbyr de et nivå av forutsigbarhet og motstand mot tøffe forhold som ekstreme temperaturer.
I stedet for å fokusere på å lage holdbare materialer, legger Freeman vekt på tilpasningsevnen til disse cellene – de er designet for å utføre visse funksjoner og deretter tilpasse seg nye oppgaver.
Ved å inkorporere forskjellige peptid- eller DNA-konstruksjoner kan disse materialene skreddersys for å programmere celler i vev eller vev. Denne allsidigheten åpner for muligheter for integrasjon med andre syntetiske celleteknologier, som potensielt revolusjonerer felt som bioteknologi og medisin.
"Denne forskningen hjelper oss å forstå hva livet er laget av," sier Freeman. "Denne syntetiske celleteknologien vil tillate oss ikke bare å gjenskape det naturen gjør, men også å lage materialer som er overlegne biologiske."
Les også: