Beyond Biology: Dynaamisten synteettisten solujen luominen ohjelmoitavan DNA:n avulla

Beyond Biology: Dynaamisten synteettisten solujen luominen ohjelmoitavan DNA:n avulla

Uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin vuonnaLuonnollinen kemia, UNC-Chapel Hillin tutkija Ronit Freeman ja hänen kollegansa kuvaavat vaiheita, joita he ottivat manipuloidakseen DNA:ta ja proteiineja -; elämän välttämättömät rakennusaineet -; luoda soluja, jotka näyttävät ja käyttäytyvät kuin kehon solut. Tämä saavutus on ensimmäinen alalla, ja sillä on vaikutuksia regeneratiiviseen lääketieteeseen, lääkkeiden annostelujärjestelmiin ja diagnostisiin työkaluihin.

"Tämän löydön avulla voimme kuvitella sellaisten materiaalien tai kudosten rakentamista, jotka ovat herkkiä ympäristönsä muutoksille ja voivat käyttäytyä dynaamisesti", sanoo Freeman, jonka laboratorio on UNC College of Arts and Sciences -opiston soveltavien fysiikan tieteiden osastolla.

Solut ja kudokset koostuvat proteiineista, jotka yhdistyvät suorittamaan tehtäviä ja muodostamaan rakenteita. Proteiinit ovat välttämättömiä solun rungon, nimeltään sytoskeleton, muodostamiseksi. Ilman niitä solut eivät voisi toimia. Sytoskeleton ansiosta solut voivat olla joustavia sekä muodoltaan että reagoinnissaan ympäristöönsä.

Ilman luonnollisia proteiineja Freeman Lab rakensi soluja toiminnallisilla sytoskeletoilla, jotka voivat muuttaa muotoaan ja reagoida ympäristöönsä. Tätä varten he käyttivät uutta ohjelmoitavaa peptidi-DNA-tekniikkaa, joka saa peptidit, proteiinien rakennuspalikoita ja uudelleentarkoitettua geneettistä materiaalia toimimaan yhdessä sytoskeleton muodostamiseksi.

DNA:ta ei normaalisti löydy sytoskeletonista. Ohjelmoimme DNA-sekvenssit uudelleen toimimaan arkkitehtonisena materiaalina, joka yhdistää peptidit toisiinsa. Kun tämä ohjelmoitu materiaali laitettiin vesipisaraan, rakenteet alkoivat muotoutua.

Ronit Freeman, tutkija, UNC-Chapel Hill

Kyky ohjelmoida DNA:ta tällä tavalla tarkoittaa, että tutkijat voivat luoda soluja, jotka suorittavat tiettyjä toimintoja ja jopa hienosäätää solun vastetta ulkoisiin stressitekijöihin. Vaikka elävät solut ovat monimutkaisempia kuin Freeman Labin luomat synteettiset solut, ne ovat myös arvaamattomampia ja alttiimpia ankarille ympäristöille, kuten äärimmäisille lämpötiloille.

"Synteettiset solut olivat stabiileja jopa 122 Fahrenheit-asteessa, mikä avasi mahdollisuuden tuottaa soluja, joilla on poikkeukselliset ominaisuudet ympäristöissä, jotka eivät normaalisti sovellu ihmiselämälle", Freeman sanoo.

Sen sijaan, että olisi luonut kestäviä materiaaleja, Freeman sanoo, että hänen materiaalinsa on räätälöity tarkoitukseen -; Suorita tietty toiminto ja vaihda sitten itsesi suorittamaan uusi toiminto. Niiden käyttöä voidaan räätälöidä lisäämällä erilaisia ​​peptidi- tai DNA-malleja solujen ohjelmointiin materiaaleissa, kuten kudoksissa tai kudoksissa. Nämä uudet materiaalit voidaan integroida muihin synteettisiin soluteknologioihin, joissa kaikilla on mahdollisia sovelluksia, jotka voivat mullistaa esimerkiksi biotekniikan ja lääketieteen.

"Tämä tutkimus auttaa meitä ymmärtämään, mitä elämä on", Freeman sanoo. "Tämä synteettinen soluteknologia ei ainoastaan ​​anna meille mahdollisuuden toistaa sitä, mitä luonto tekee, vaan myös luoda materiaaleja, jotka ylittävät biologian."

Lähteet: