Beyond Biology: dynamische synthetische cellen creëren met programmeerbaar DNA

Beyond Biology: dynamische synthetische cellen creëren met programmeerbaar DNA

Uit een nieuwe studie gepubliceerd inNatuurlijke chemie, beschrijven UNC-Chapel Hill-onderzoeker Ronit Freeman en haar collega's de stappen die ze namen om DNA en eiwitten te manipuleren -; essentiële bouwstenen van het leven -; om cellen te creëren die eruit zien en zich gedragen als lichaamscellen. Deze prestatie is een primeur op dit gebied en heeft gevolgen voor de inspanningen op het gebied van de regeneratieve geneeskunde, systemen voor medicijnafgifte en diagnostische hulpmiddelen.

“Met deze ontdekking kunnen we ons de constructie voorstellen van materialen of weefsels die gevoelig zijn voor veranderingen in hun omgeving en zich dynamisch kunnen gedragen”, zegt Freeman, wiens laboratorium zich bevindt in de afdeling Toegepaste Natuurwetenschappen van het UNC College of Arts and Sciences.

Cellen en weefsels bestaan ​​uit eiwitten die samenkomen om taken uit te voeren en structuren te vormen. Eiwitten zijn essentieel voor het vormen van het raamwerk van een cel, het cytoskelet genoemd. Zonder hen zouden cellen niet kunnen functioneren. Het cytoskelet zorgt ervoor dat cellen flexibel kunnen zijn, zowel qua vorm als qua reactie op hun omgeving.

Zonder natuurlijke eiwitten te gebruiken, heeft het Freeman Lab cellen gebouwd met functionele cytoskeletten die van vorm kunnen veranderen en kunnen reageren op hun omgeving. Om dit te doen, gebruikten ze een nieuwe programmeerbare peptide-DNA-technologie die ervoor zorgt dat peptiden, de bouwstenen van eiwitten, en hergebruikt genetisch materiaal samenwerken om een ​​cytoskelet te vormen.

DNA wordt normaal gesproken niet aangetroffen in een cytoskelet. We hebben DNA-sequenties geherprogrammeerd om als architectonisch materiaal te fungeren en de peptiden aan elkaar te koppelen. Nadat dit geprogrammeerde materiaal in een druppel water was geplaatst, begonnen de structuren vorm te krijgen.

Ronit Freeman, onderzoeker, UNC-Chapel Hill

Het vermogen om DNA op deze manier te programmeren betekent dat wetenschappers cellen kunnen creëren die specifieke functies uitvoeren en zelfs de reactie van een cel op externe stressoren kunnen verfijnen. Hoewel levende cellen complexer zijn dan de synthetische cellen die door het Freeman Lab zijn gemaakt, zijn ze ook onvoorspelbaarder en kwetsbaarder voor zware omstandigheden zoals extreme temperaturen.

“De synthetische cellen waren zelfs bij 122 graden Fahrenheit stabiel, waardoor de mogelijkheid ontstond om cellen met buitengewone capaciteiten te produceren in omgevingen die normaal gesproken ongeschikt zijn voor menselijk leven”, zegt Freeman.

In plaats van materialen te creëren die zijn ontworpen om lang mee te gaan, zegt Freeman dat haar materialen zijn afgestemd op het doel:; Voer een specifieke functie uit en verander jezelf vervolgens om een ​​nieuwe functie uit te voeren. De toepassing ervan kan worden aangepast door verschillende peptide- of DNA-ontwerpen toe te voegen om cellen in materialen zoals stoffen of weefsels te programmeren. Deze nieuwe materialen kunnen worden geïntegreerd in andere synthetische celtechnologieën, allemaal met potentiële toepassingen die een revolutie teweeg kunnen brengen op gebieden als de biotechnologie en de geneeskunde.

“Dit onderzoek helpt ons te begrijpen wat leven inhoudt”, zegt Freeman. “Deze synthetische celtechnologie zal ons niet alleen in staat stellen te reproduceren wat de natuur doet, maar ook materialen creëren die de biologie overtreffen.”

Bronnen: