Forskere fra University of North Carolina i Chapel Hill har med succes konstrueret funktionelle kunstige celler i laboratoriet med programmeret DNA, der opfører sig som levende. Freeman-laboratoriet har konstrueret celler med funktionelle cytoskeletter ved hjælp af en ny tilgang, der omgår naturligt forekommende proteiner.
Ronit Freeman og hendes team har demonstreret deres succes med at manipulere DNA og proteiner, livets grundlæggende byggesten, for at skabe kunstige celler, der ligner dem, der findes i den menneskelige krop. Ifølge Freeman var de syntetiske celler stabile selv ved en temperatur på 50° C. Dette åbner op for "muligheden for at producere celler med ekstraordinære evner i miljøer, der normalt er uegnede til menneskeliv."
I stedet for at skabe materialer, der holder, Freeman siger, at deres materialer er skabt til en opgave - udføre en bestemt funktion, og derefter modificeres til at udføre en ny funktion. Denne præstation har betydelige udsigter til udvikling af regenerativ medicin, lægemiddelleveringsmetoder og diagnostiske teknologier. "Takket være denne opdagelse kan vi tænke på konstruerede stoffer eller stoffer, der kan være følsomme over for ændringer i miljøet og opføre sig dynamisk," siger Freeman.
Celler og væv er afhængige af proteiner til at udføre forskellige opgaver og opbygge vitale strukturer. En sådan struktur, cytoskelettet, tjener som en ramme for cellen, hvilket gør det muligt for den at fungere korrekt. Cytoskelettet er afgørende for at opretholde celleform og lette reaktioner på miljøet. Holdet konstruerede kunstige celler med funktionelle cytoskeletter ved hjælp af en ny tilgang, der omgår naturlige proteiner. De har udviklet en avanceret teknologi kaldet programmeret peptid DNA-teknologi. Denne metode organiserer samarbejdet mellem peptider, de grundlæggende byggesten i proteiner og forarbejdet genetisk materiale til opbygning af cytoskelettet. Som et resultat kan disse konstruerede celler tilpasse deres form og reagere på miljøsignaler, hvilket viser det bemærkelsesværdige potentiale ved syntetisk biologi.
”DNA optræder normalt ikke i cytoskelettet. Vi omprogrammerede DNA-sekvensen, så den fungerer som et arkitektonisk materiale, der binder peptiderne sammen,” sagde Freeman. "Når først dette programmerede materiale blev placeret i en dråbe vand, tog strukturerne form."
Denne hidtil usete evne til at programmere DNA giver videnskabsmænd muligheden for at skabe celler, der er skræddersyet til specifikke formål og endda regulere disse cellers reaktion på ydre belastninger. Selvom de syntetiske celler skabt i Freeman Lab mangler kompleksiteten af levende celler, tilbyder de et niveau af forudsigelighed og modstandsdygtighed over for barske forhold såsom ekstreme temperaturer.
I stedet for at fokusere på at skabe holdbare materialer, understreger Freeman disse cellers tilpasningsevne – de er designet til at udføre bestemte funktioner og derefter tilpasse sig nye opgaver.
Ved at inkorporere forskellige peptid- eller DNA-konstruktioner kan disse materialer skræddersyes til at programmere celler i væv eller væv. En sådan alsidighed åbner muligheder for integration med andre syntetiske celleteknologier, hvilket potentielt revolutionerer områder som bioteknologi og medicin.
"Denne forskning hjælper os med at forstå, hvad livet er lavet af," siger Freeman. "Denne syntetiske celleteknologi vil give os mulighed for ikke kun at replikere, hvad naturen gør, men også at skabe materialer, der er overlegne i forhold til biologiske."
Læs også: