《Nature》创造具有逼真功能的人工细胞!

【字体: 时间:2022年09月16日 来源:Nature

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  科学家们已经利用细菌的潜力来帮助建造模拟现实生活功能的高级合成细胞。

  

科学家们已经利用细菌的潜力来帮助建造模拟现实生活功能的高级合成细胞。

由布里斯托大学领导的这项研究今天发表在《Nature》杂志上,在部署合成细胞(又称原型细胞)方面取得了重要进展,可以更准确地代表活细胞的复杂成分、结构和功能。

从自下而上的合成生物学和生物工程到生命起源研究,在原始细胞中建立真实的功能是一个跨越多个领域的全球性重大挑战。之前用微胶囊模拟原型细胞的尝试都失败了,所以研究团队转向利用细菌,用一种活的材料组装过程来构建复杂的合成细胞。

布里斯托尔大学化学学院的Stephen Mann教授和马克斯普朗克布里斯托尔原型生物中心(Bristol Centre for Protolife Research)的Can Xu、Nicolas Martin(目前在波尔多大学)和Mei Li等同事展示了一种利用充满活细菌的粘性微滴作为微观建筑场地来构建高度复杂的原型细胞(protocells)的方法。

在第一步中,研究小组将空液滴暴露在两种细菌中。一个种群自发地在液滴中捕获,而另一个种群被困在液滴表面。然后,这两种类型的细菌都被摧毁,从而释放出的细胞成分仍然被困在液滴内部或表面,以产生含有数千个生物分子、部件和机械的膜包覆细菌原型细胞。研究人员发现,原型细胞能够通过糖酵解产生能量丰富的分子(ATP),并通过体外基因表达合成RNA和蛋白质,这表明遗传的细菌成分在合成细胞中仍然活跃。

为了进一步测试该技术的能力,研究小组采用了一系列化学步骤,在结构和形态上改造细菌原型细胞。释放出来的细菌DNA被浓缩成一个单一的核样结构,液滴内部渗透着细胞骨架状的蛋白丝网络和膜界的水液泡。

作为构建合成/活细胞实体的一步,研究人员将活细菌植入原型细胞,以产生自给自足的ATP生产,并为糖酵解、基因表达和细胞骨架组装提供长期能量。奇怪的是,由于现场细菌代谢和生长,原生物结构采用了类似阿米巴的外部形态,从而产生了具有集成生命属性的细胞仿生系统。

通讯作者Stephen Mann教授说:“在合成细胞中达到高度的组织和功能复杂性是困难的,特别是在接近平衡的条件下。希望我们目前的细菌起源方法将有助于增加当前原型细胞模型的复杂性,促进无数生物成分的集成,并使充满能量的模拟细胞系统得以发展。”

第一作者、布里斯托大学的研究助理Can Xu博士补充说:“我们的生物材料组装方法为自下而上构建共生生物/合成细胞结构提供了机会。例如,利用工程细菌,应该可以制造复杂的模块,用于合成生物学的诊断和治疗领域,以及一般的生物制造和生物技术。”

Living material assembly of bacteriogenic protocells

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