Beyond Biology: Skapa dynamiska syntetiska celler med programmerbart DNA

Beyond Biology: Skapa dynamiska syntetiska celler med programmerbart DNA

I en ny studie publicerad iNaturlig kemi, UNC - Chapel Hill-forskaren Ronit Freeman och hennes kollegor beskriver stegen de tog för att manipulera DNA och proteiner -; livsviktiga byggstenar -; att skapa celler som ser ut och beter sig som kroppsceller. Denna prestation är den första på området och har konsekvenser för insatser inom regenerativ medicin, läkemedelsleveranssystem och diagnostiska verktyg.

"Med den här upptäckten kan vi föreställa oss konstruktionen av material eller vävnader som är känsliga för förändringar i sin miljö och kan bete sig dynamiskt", säger Freeman, vars laboratorium ligger vid institutionen för tillämpad fysik vid UNC College of Arts and Sciences.

Celler och vävnader är uppbyggda av proteiner som går samman för att utföra uppgifter och bilda strukturer. Proteiner är viktiga för att bilda en cells ramverk, som kallas cytoskelettet. Utan dem kunde celler inte fungera. Cytoskelettet tillåter celler att vara flexibla, både i sin form och i sin reaktion på sin omgivning.

Utan att använda naturliga proteiner byggde Freeman Lab celler med funktionella cytoskelett som kan ändra form och svara på sin miljö. För att göra detta använde de en ny programmerbar peptid-DNA-teknik som får peptider, proteiners byggstenar och återanvänt genetiskt material att arbeta tillsammans för att bilda ett cytoskelett.

DNA finns normalt inte i ett cytoskelett. Vi omprogrammerade DNA-sekvenser för att fungera som arkitektoniskt material och länka samman peptiderna. När detta programmerade material väl placerats i en droppe vatten började strukturerna ta form.

Ronit Freeman, forskare, UNC-Chapel Hill

Förmågan att programmera DNA på detta sätt gör att forskare kan skapa celler som utför specifika funktioner och till och med finjustera en cells svar på yttre stressfaktorer. Även om levande celler är mer komplexa än de syntetiska celler som skapats av Freeman Lab, är de också mer oförutsägbara och sårbara för tuffa miljöer som extrema temperaturer.

"De syntetiska cellerna var stabila även vid 122 grader Fahrenheit, vilket öppnade möjligheten att producera celler med extraordinära kapaciteter i miljöer som normalt är olämpliga för mänskligt liv", säger Freeman.

Istället för att skapa material designade för att hålla, säger Freeman att hennes material är skräddarsydda för syftet -; Utför en specifik funktion och ändra sedan dig själv för att utföra en ny funktion. Deras tillämpning kan anpassas genom att lägga till olika peptid- eller DNA-designer för att programmera celler i material som tyger eller vävnader. Dessa nya material kan integreras i andra syntetiska cellteknologier, alla med potentiella tillämpningar som kan revolutionera områden som bioteknik och medicin.

"Denna forskning hjälper oss att förstå vad som utgör livet", säger Freeman. "Denna syntetiska cellteknik kommer inte bara att tillåta oss att reproducera vad naturen gör, utan också skapa material som överträffar biologi."

Källor: