Beyond Biology: At skabe dynamiske syntetiske celler med programmerbart DNA

Beyond Biology: At skabe dynamiske syntetiske celler med programmerbart DNA

I en ny undersøgelse offentliggjort iNaturlig kemi, UNC-Chapel Hill-forsker Ronit Freeman og hendes kolleger beskriver de skridt, de tog for at manipulere DNA og proteiner -; livsvigtige byggesten -; at skabe celler, der ser ud og opfører sig som kropsceller. Denne præstation er den første på området og har betydning for indsatsen inden for regenerativ medicin, lægemiddelleveringssystemer og diagnostiske værktøjer.

"Med denne opdagelse kan vi forestille os konstruktionen af ​​materialer eller væv, der er følsomme over for ændringer i deres miljø og kan opføre sig dynamisk," siger Freeman, hvis laboratorium er i Institut for Anvendt Fysisk Videnskab i UNC College of Arts and Sciences.

Celler og væv består af proteiner, der samles for at udføre opgaver og danne strukturer. Proteiner er essentielle for at danne en celles ramme, kaldet cytoskelettet. Uden dem kunne cellerne ikke fungere. Cytoskelettet tillader celler at være fleksible, både i deres form og i deres reaktion på deres miljø.

Uden at bruge naturlige proteiner byggede Freeman Lab celler med funktionelle cytoskeletter, der kan ændre form og reagere på deres omgivelser. For at gøre dette brugte de en ny programmerbar peptid-DNA-teknologi, der får peptider, byggestenene i proteiner og genbrugt genetisk materiale til at arbejde sammen for at danne et cytoskelet.

DNA findes normalt ikke i et cytoskelet. Vi omprogrammerede DNA-sekvenser til at fungere som arkitektonisk materiale, der forbinder peptiderne sammen. Når først dette programmerede materiale blev placeret i en dråbe vand, begyndte strukturerne at tage form.

Ronit Freeman, forsker, UNC-Chapel Hill

Evnen til at programmere DNA på denne måde betyder, at forskere kan skabe celler, der udfører specifikke funktioner og endda finjustere en celles reaktion på eksterne stressfaktorer. Mens levende celler er mere komplekse end de syntetiske celler skabt af Freeman Lab, er de også mere uforudsigelige og sårbare over for barske miljøer såsom ekstreme temperaturer.

"De syntetiske celler var stabile selv ved 122 grader Fahrenheit, hvilket åbnede muligheden for at producere celler med ekstraordinære evner i miljøer, der normalt er uegnede til menneskeliv," siger Freeman.

I stedet for at skabe materialer designet til at holde, siger Freeman, at hendes materialer er skræddersyet til formålet -; Udfør en specifik funktion og skift derefter dig selv til at udføre en ny funktion. Deres anvendelse kan tilpasses ved at tilføje forskellige peptid- eller DNA-designs til programmering af celler i materialer som stoffer eller væv. Disse nye materialer kan integreres i andre syntetiske celleteknologier, alle med potentielle anvendelser, der kan revolutionere områder som bioteknologi og medicin.

"Denne forskning hjælper os med at forstå, hvad livet udgør," siger Freeman. "Denne syntetiske celleteknologi vil ikke kun give os mulighed for at reproducere, hvad naturen gør, men også skabe materialer, der overgår biologi."

Kilder: