生物学者は、最も生き生きした人工細胞をまだ作り出す

人工細胞の混合物では、1種類(紫色)が蛍光タンパク質を生成して放出します。蛍光タンパク質は、第2の種類(灰色)で受け取られ捕捉され、それらの模倣体を緑色に変えます。

ヘンリー・ニードラー・モーテル

生物学者は、化学生物学者のNeal Devarajとその同僚がカリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)で実際に行っている微視的な「細胞」を誤解することはありません。細胞を泳ぐ脂質膜の代わりに、これらの細胞模倣物はプラスチック重合アクリレートのコートを着用しています。そして、DNAを含む核のような区画を擁していますが、実際の細胞の核のような膜がなく、その主な成分は粘土に見られるミネラルです。

しかし、これらの模擬細胞は最先端を築いています。「実際に機能する合成真核生物細胞を構築する最も近い人は、ミネソタ州のミネソタ大学の合成生物学者Kate Adamalaはミネアポリスに所属していません。実際の細胞と同様に、球体はそれらの隣人にタンパク質シグナルを送り、共同体の行動を誘発することができる。 Devaraj氏と彼のチームがbioRxivサイトに最近掲載されたプレプリントで明らかになったように、「核」は細胞の残りの部分と会話し、タンパク質の合成を促すRNAを放出する。人工核は、他の細胞模倣物からのシグナルに応答することさえできる。 「これは今年の合成生物学において最も重要な論文かもしれない」とAdamala氏は言う。

合成生物学者は人工細胞にとって大きな夢を持っています。体内の特定の薬物を輸送するために既に使用されているリポソームのようなより単純な合成構造と比較して、それらは環境に対してより敏感であり、より多様な仕事を行うことができる。将来的には、人工細胞は、より正確に薬剤を標的に送達し、癌細胞を検出し、毒性化学物質を検出し、または診断試験の精度を向上させることができる。相互作用する合成細胞のアレイは、それらの周囲を感知して適応する人工組織およびスマート材料を形成することができる。科学者が細胞のファクシミリを考案するのに苦労するにつれて、彼らは生命がどのように起きて、同じ工学上の課題のいくつかを克服することについてもっと学ぶかもしれない。

タンパク質の製造やDNAの複製など、細胞の機能を孤立して実行するだけでは十分ではありません。 「合成材料を開発する場合、個々のユニットを協力させる必要があります」とDevaraj氏は言います。研究者たちは、糖や過酸化水素などの比較的小さな分子を交換することによって互いに通信できる合成細胞を既に構想していました。しかし、Devarajは、私たちの体内の分子シグナルの多くは、ホルモンインスリンや免疫細胞を惹起するサイトカインをはじめ、タンパク質であり、典型的にははるかに大きいと指摘しています。

Devarajと彼の同僚は、より細胞様の細胞模倣を行うために、自然から離れました。 UCSDの合成生物学者であるHenrike Niederholtmeyer氏は、彼らの最新の疑似細胞は「自然細胞のように見えるが、完全に人工的な材料で作られている」と述べている。研究者らは、微小流体を充填したチャネルを備えたシリコンチップを用いて、DNA、粘土からの無機物、および個々のアクリレート分子などの原材料を含む小さな液滴を押し出した。紫外線および化学処理により、多孔質膜が各液滴の周囲に形成された。同時に、液滴の中のミネラルとDNAはソフトコンタクトレンズの質感でゲルに凝縮され、核のバージョンを作り出しました、とDevarajは言います。

その結果、新たなコミュニケーション能力を備えたセルレプリカが生まれました。いくつかの実験では、Devarajのチームは、緑色蛍光タンパク質(GFP)をコードするDNAを細胞模倣体の核に装備した。彼らはまた、いくつかの創造物にトラップを付けました。これはGFP分子を捕らえるDNAの粘着性のストレッチです。テルマザル細胞周辺の流体に、リボソームなどのタンパク質合成のための酵素とその他の必要性の混合物を添加することによって、研究者はそれらを切り替えた。この分子機構は、多孔質膜を横断し、核内の遺伝情報を読み取り、GFPの合成を開始した。

その後、科学者は、GFPを産生するように設計された細胞模倣物を、マーカー自身を作ることができなかった受容細胞と混合したが、GFPのDNAトラップを保持した。 2時間後、送付者に隣接していたレシーバー細胞は興奮しており、彼らが隣人からGFPメッセージを受け取ったことを示しています。同様の実験で、チームは、受信者のGFP合成を切り替える異なるタンパク質シグナルを放出する模倣物を作製した。実際の細胞と同様に、これらの細胞模倣物は近くのカウンターパートと通信し、それらを刺激してタンパク質を産生することができる。

模倣細胞は、クォーラムセンシングと呼ばれるもう一つの生き生きした属性も示しました。クォーラムセンシングでは、細胞の挙動は十分に豊富になると変化します。この能力は、研究者が異なる密度の細胞模倣物を含む溶液を試験したときに、GFP合成の活性化剤を放出し、トリガーされたときにGFPを生成することができるようになったときに光っていた。溶液が合成細胞の少数しか含まない場合、ほとんど緑色に変わらない。しかし、閾値密度に達した後、ほぼすべてが点灯した。彼らがGFPを作製し始める前に、人工細胞は、明らかに、その環境から活性化タンパク質の一定量の最小量を吸収する必要がある。

細胞模倣物は厳しく、2年後には冷凍庫で損傷を受けない。その耐久性は、UCSDチームが現在探求している構造のいくつかの用途の1つである、優れた環境センサーになる可能性があります。 Devarajらは、これらの細胞や他の合成細胞に成長と分裂能を持たせることを望んでいる。

Imperial College LondonのBioengineer Yuval Elaniは、細胞模倣物のデザインに感心しています。 「これらの非生物学的成分の使用の概念は強力なものです」しかし、他の研究者が開発している人工細胞を構成する「天然の」成分と互換性がないことが判明した場合、人工成分もアプリケーションの欠点になる可能性があります。

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