Beyond Biology: Lage dynamiske syntetiske celler med programmerbart DNA

Beyond Biology: Lage dynamiske syntetiske celler med programmerbart DNA

I en ny studie publisert iNaturlig kjemi, UNC-Chapel Hill-forsker Ronit Freeman og hennes kolleger beskriver trinnene de tok for å manipulere DNA og proteiner -; viktige byggesteiner i livet -; å lage celler som ser ut og oppfører seg som kroppsceller. Denne prestasjonen er den første i feltet og har implikasjoner for innsatsen innen regenerativ medisin, medikamentleveringssystemer og diagnostiske verktøy.

"Med denne oppdagelsen kan vi se for oss konstruksjonen av materialer eller vev som er følsomme for endringer i miljøet og kan oppføre seg dynamisk," sier Freeman, hvis laboratorium er ved Institutt for anvendte fysiske vitenskaper ved UNC College of Arts and Sciences.

Celler og vev er bygd opp av proteiner som kommer sammen for å utføre oppgaver og danne strukturer. Proteiner er avgjørende for å danne en celles rammeverk, kalt cytoskjelettet. Uten dem kunne ikke cellene fungere. Cytoskjelettet lar cellene være fleksible, både i form og respons på miljøet.

Uten å bruke naturlige proteiner bygde Freeman Lab celler med funksjonelle cytoskjeletter som kan endre form og reagere på miljøet. For å gjøre dette brukte de en ny programmerbar peptid-DNA-teknologi som får peptider, byggesteinene til proteiner og gjenbrukt genetisk materiale til å fungere sammen for å danne et cytoskjelett.

DNA finnes vanligvis ikke i et cytoskjelett. Vi omprogrammerte DNA-sekvenser til å fungere som arkitektonisk materiale, og koblet peptidene sammen. Når dette programmerte materialet ble plassert i en dråpe vann, begynte strukturene å ta form.

Ronit Freeman, forsker, UNC-Chapel Hill

Evnen til å programmere DNA på denne måten betyr at forskere kan lage celler som utfører spesifikke funksjoner og til og med finjustere en celles respons på ytre stressfaktorer. Mens levende celler er mer komplekse enn de syntetiske cellene skapt av Freeman Lab, er de også mer uforutsigbare og sårbare for tøffe miljøer som ekstreme temperaturer.

"De syntetiske cellene var stabile selv ved 122 grader Fahrenheit, noe som åpnet muligheten for å produsere celler med ekstraordinære evner i miljøer som normalt ikke er egnet for menneskeliv," sier Freeman.

I stedet for å lage materialer designet for å vare, sier Freeman at materialene hennes er skreddersydd til formålet -; Utfør en bestemt funksjon og endre deg selv for å utføre en ny funksjon. Applikasjonen deres kan tilpasses ved å legge til forskjellige peptid- eller DNA-design for å programmere celler i materialer som stoffer eller vev. Disse nye materialene kan integreres i andre syntetiske celleteknologier, alle med potensielle anvendelser som kan revolusjonere felt som bioteknologi og medisin.

"Denne forskningen hjelper oss å forstå hva som utgjør livet," sier Freeman. "Denne syntetiske celleteknologien vil ikke bare tillate oss å reprodusere det naturen gjør, men også lage materialer som overgår biologi."

Kilder: