Chapel Hillin Pohjois-Carolinan yliopiston tutkijat ovat onnistuneesti rakentaneet laboratoriossa toimivia keinotekoisia soluja, joissa on ohjelmoitu DNA, jotka käyttäytyvät kuin elävät solut. Freeman-laboratorio on kehittänyt soluja toiminnallisilla sytoskeletonilla käyttämällä uutta lähestymistapaa, joka ohittaa luonnollisesti esiintyvät proteiinit.
Ronit Freeman ja hänen tiiminsä ovat osoittaneet onnistumisensa manipuloimalla DNA:ta ja proteiineja, elämän perusrakennuspalikoita, luodakseen keinotekoisia soluja, jotka muistuttavat läheisesti ihmiskehossa olevia soluja. Freemanin mukaan synteettiset solut olivat stabiileja jopa 50°C:n lämpötilassa. Tämä avaa "mahdollisuuden tuottaa poikkeuksellisia kykyjä omaavia soluja ympäristöissä, jotka normaalisti eivät sovellu ihmiselämälle".
Sen sijaan, että loisit kestäviä materiaaleja, Freeman sanoo, että niiden materiaalit on luotu tehtävää varten - suorittavat tietyn toiminnon, ja sitten niitä muutetaan suorittamaan uusi toiminto. Tällä saavutuksella on merkittäviä mahdollisuuksia regeneratiivisen lääketieteen, lääkeannostelumenetelmien ja diagnostisten teknologioiden kehitykselle. "Tämän löydön ansiosta voimme ajatella suunniteltuja kankaita tai kankaita, jotka voivat olla herkkiä ympäristön muutoksille ja käyttäytyä dynaamisesti", Freeman sanoo.
Solut ja kudokset turvautuvat proteiineihin suorittaessaan erilaisia tehtäviä ja rakentaessaan tärkeitä rakenteita. Yksi tällainen rakenne, sytoskeleton, toimii kehyksenä solulle, mikä mahdollistaa sen toiminnan kunnolla. Sytoskeletoni on kriittinen solumuodon ylläpitämiseksi ja ympäristövasteiden helpottamiseksi. Tiimi kehitti keinotekoisia soluja toiminnallisilla sytoskeletoilla käyttämällä uutta lähestymistapaa, joka ohittaa luonnolliset proteiinit. He ovat kehittäneet edistyneen teknologian, jota kutsutaan ohjelmoiduksi peptidi-DNA-tekniikaksi. Tämä menetelmä järjestää peptidien, proteiinien perusrakennuspalikoiden ja prosessoidun geneettisen materiaalin välisen yhteistyön sytoskeleton rakentamiseksi. Tämän seurauksena nämä muokatut solut voivat mukauttaa muotoaan ja reagoida ympäristön signaaleihin, mikä osoittaa synteettisen biologian huomattavan potentiaalin.
"DNA ei normaalisti esiinny sytoskeletossa. Ohjelmoimme DNA-sekvenssin uudelleen niin, että se toimii arkkitehtonisena materiaalina, joka sitoo peptidit yhteen", Freeman sanoi. "Kun tämä ohjelmoitu materiaali laitettiin vesipisaraan, rakenteet muotoutuivat."
Tämä ennennäkemätön kyky ohjelmoida DNA:ta antaa tutkijoille mahdollisuuden luoda tiettyihin tarkoituksiin räätälöityjä soluja ja jopa säädellä näiden solujen vastetta ulkoisiin rasituksiin. Vaikka Freeman Labissa luoduista synteettisistä soluista puuttuu elävien solujen monimutkaisuus, ne tarjoavat tietyn tason ennustettavuutta ja kestävyyttä ankarissa olosuhteissa, kuten äärimmäisissä lämpötiloissa.
Sen sijaan, että keskittyisi luomaan kestäviä materiaaleja, Freeman korostaa näiden kennojen mukautumiskykyä – ne on suunniteltu suorittamaan tiettyjä toimintoja ja mukautumaan sitten uusiin tehtäviin.
Sisällyttämällä erilaisia peptidi- tai DNA-rakenteita nämä materiaalit voidaan räätälöidä ohjelmoimaan soluja kudoksissa tai kudoksissa. Tällainen monipuolisuus avaa mahdollisuuksia integraatioon muiden synteettisten soluteknologioiden kanssa, mikä saattaa mullistaa aloja, kuten bioteknologian ja lääketieteen.
"Tämä tutkimus auttaa meitä ymmärtämään, mistä elämä koostuu", Freeman sanoo. "Tämä synteettinen soluteknologia antaa meille mahdollisuuden paitsi toistaa mitä luonto tekee, myös luoda materiaaleja, jotka ovat parempia kuin biologiset."
Lue myös: