Oamenii de știință au construit o celulă „sintetică” ce a demonstrat funcții biologice vitale

Oamenii de știință au construit o celulă „sintetică” ce a demonstrat funcții biologice vitale
iunie 18 16:22 2024
Articol scris de:
Timp citire articol: 5 minut(e)

Într-o performanță menită să înțeleagă modul în care se mișcă celulele pentru a crea noi modalități de transport a medicamentelor prin organism, oamenii de știință de la Johns Hopkins Medicine spun că au construit o celulă sintetică ce a demonstrat comportamente biologice asemănătoare cu cele ale unei celule naturale.

O etapă care precede mișcarea celulară, denumită „ruperea simetriei”, are loc atunci când moleculele unei celule, care sunt inițial aranjate simetric, se reorganizează într-un model sau formă asimetrică, de obicei ca răspuns la stimuli.

Acest lucru este similar cu modul în care păsările migratoare rup simetria stolului atunci când se schimbă într-o nouă formație ca răspuns la o busolă din mediu, cum ar fi lumina soarelui sau alte repere.

La nivel microscopic, celulele imune detectează semnalele chimice concentrate la un focar de infecție și își rup simetria pentru a traversa peretele unui vas de sânge și a ajunge la țesutul infectat.

Pe măsură ce celulele rup simetria, ele se transformă în structuri polarizate și asimetrice care le pregătesc să se deplaseze spre ținta lor.

Înțelegerea modului în care funcționează ruperea simetriei este esențială pentru a debloca fundamentele biologiei și pentru a descoperi cum pot fi valorificate aceste informații pentru a concepe terapii.

„Noțiunea de rupere a simetriei este crucială pentru viață, având un impact asupra unor domenii atât de diverse precum biologia, fizica și cosmologia”, spune într-un comunicat Shiva Razavi, doctor în biologie, care a condus cercetarea în calitate de absolventă la Johns Hopkins și care este acum bursier postdoctoral la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT).

Găsirea unor modalități de a imita și de a controla ruperea simetriei în celulele sintetice este considerată de multă vreme esențială pentru a înțelege modul în care celulele își pot studia mediul chimic și își pot rearanja, ca răspuns, profilul chimic și forma.

Pentru acest studiu, oamenii de știință au creat o veziculă gigantică cu o membrană cu două straturi – o celulă sintetică simplificată (primitivă), fără resturi, sau o protocelulă, alcătuită din fosfolipide, proteine purificate, săruri și ATP care furnizează energie. Cu forma sa sferică, protocelula este supranumită „bulă”.

În experimentele lor, oamenii de știință au reușit să creeze cu succes o protocelulă cu o capacitate de detectare a substanțelor chimice care determină celula să rupă simetria, trecând de la o sferă aproape perfectă la o structură neuniformă.

Sistemul a fost conceput special pentru a imita primul pas al unui răspuns imunitar, fiind capabil să dea semnalul pentru ca neutrofilele să atace germenii pe baza proteinelor pe care le simt în jurul lor, spun cercetătorii.

„Studiul nostru demonstrează modul în care o entitate asemănătoare unei celule poate simți direcția unui indiciu chimic extern, imitând condițiile pe care le-ai găsi într-un organism viu”, spune Razavi.

Construind de la zero o structură asemănătoare unei celule, oamenii de știință pot identifica și înțelege mai bine componentele esențiale necesare pentru ca o celulă să rupă simetria în forma sa cea mai simplificată.

Într-o bună zi, detectarea chimică ar putea fi folosită pentru livrarea țintită a medicamentelor în organism, spun cercetătorii.

„Ideea este că putem împacheta orice dorim în aceste bule – proteine, ARN, ADN, agenți de contrast sau molecule mici – spunem celulei unde să se ducă folosind detecția chimică, iar apoi facem ca celula să explodeze în apropierea țintei vizate, astfel încât să poată fi eliberat un medicament”, explică autorul principal Takanari Inoue, profesor de biologie celulară și director al Centrului pentru dinamică celulară de la Johns Hopkins Medicine.

Pentru a activa capacitatea de detectare chimică a veziculei, cercetătorii au plantat două proteine care acționează ca întrerupătoare moleculare – numite FKBP și FRB – în interiorul celulei sintetice. Proteina FKBP a fost plasată în centrul celulei, în timp ce FRB a fost plantată pe membrană.

Atunci când cercetătorii au introdus o substanță chimică – rapamicina – în afara celulei, FKBP s-a deplasat către membrană pentru a se lega de FRB, declanșând un proces numit polimerizare a actinei, sau o reorganizare a scheletului celulei sintetice.

În interiorul protocelulei, reacția chimică a dus la apariția unei structuri în formă de tijă alcătuită din actină care a exercitat presiune asupra membranei celulare, îndoind-o.

Cercetătorii au folosit un tip specializat de imagistică 3D rapidă, numit microscopie confocală, pentru a înregistra capacitatea de detectare chimică a protocelulelor; ei au trebuit să înregistreze rapid imaginile, la o rată de un cadru la fiecare 15-30 de secunde, deoarece protocelulele au răspuns rapid la semnalul chimic.

În continuare, cercetătorii își propun să echipeze aceste celule sintetice cu capacitatea de a se deplasa spre o țintă dorită.

În cele din urmă, echipa speră să creeze celule sintetice care ar putea avea aplicații potențiale semnificative în livrarea de medicamente țintite, detectarea mediului și alte domenii în care mișcarea precisă și răspunsul la stimuli au un rol cheie.

Studiul a fost publicate la miercuri în revista Science Advances.

Folosind o imagine microscopică și o redare grafică, imaginea ilustrează o celulă sintetică primitivă care poate simți un indiciu chimic direcțional și se poate auto-organiza ca răspuns. Credit: Laboratorul Inoue de la Institutul Medical Johns Hopkins, creat de Shiva Razavi și Turhan Pathan, iunie 2024

scrie un comentariu

0 Comentarii

Adaugă un comentariu