Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Chapel Hill κατασκεύασαν με επιτυχία στο εργαστήριο λειτουργικά τεχνητά κύτταρα με προγραμματισμένο DNA που συμπεριφέρονται σαν ζωντανά. Το εργαστήριο Freeman έχει κατασκευάσει κύτταρα με λειτουργικούς κυτταροσκελετούς χρησιμοποιώντας μια νέα προσέγγιση που παρακάμπτει τις φυσικές πρωτεΐνες.
Η Ronit Freeman και η ομάδα της έχουν αποδείξει την επιτυχία τους στο χειρισμό του DNA και των πρωτεϊνών, των θεμελιωδών δομικών στοιχείων της ζωής, για να δημιουργήσουν τεχνητά κύτταρα που μοιάζουν πολύ με αυτά που βρίσκονται στο ανθρώπινο σώμα. Σύμφωνα με τον Freeman, τα συνθετικά κύτταρα ήταν σταθερά ακόμη και σε θερμοκρασία 50° C. Αυτό ανοίγει «τη δυνατότητα παραγωγής κυττάρων με εξαιρετικές ικανότητες σε περιβάλλοντα κανονικά ακατάλληλα για την ανθρώπινη ζωή».
Αντί να δημιουργεί υλικά που θα διαρκέσουν, ο Freeman λένε, ότι τα υλικά τους δημιουργούνται για μια εργασία - εκτελούν μια συγκεκριμένη λειτουργία και στη συνέχεια τροποποιούνται για να εκτελέσουν μια νέα λειτουργία. Αυτό το επίτευγμα έχει σημαντικές προοπτικές για την ανάπτυξη της αναγεννητικής ιατρικής, των μεθόδων χορήγησης φαρμάκων και των διαγνωστικών τεχνολογιών. «Χάρη σε αυτήν την ανακάλυψη, μπορούμε να σκεφτούμε τα τεχνητά υφάσματα ή τα υφάσματα που μπορεί να είναι ευαίσθητα στις αλλαγές στο περιβάλλον και να συμπεριφέρονται δυναμικά», λέει ο Freeman.
Τα κύτταρα και οι ιστοί βασίζονται σε πρωτεΐνες για να εκτελέσουν διάφορες εργασίες και να δημιουργήσουν ζωτικές δομές. Μια τέτοια δομή, ο κυτταροσκελετός, χρησιμεύει ως πλαίσιο για το κύτταρο, επιτρέποντάς του να λειτουργεί σωστά. Ο κυτταροσκελετός είναι κρίσιμος για τη διατήρηση του σχήματος των κυττάρων και τη διευκόλυνση των αποκρίσεων στο περιβάλλον. Η ομάδα κατασκεύασε τεχνητά κύτταρα με λειτουργικούς κυτταροσκελετούς χρησιμοποιώντας μια νέα προσέγγιση που παρακάμπτει τις φυσικές πρωτεΐνες. Έχουν αναπτύξει μια προηγμένη τεχνολογία που ονομάζεται τεχνολογία προγραμματισμένου πεπτιδικού DNA. Αυτή η μέθοδος οργανώνει τη συνεργασία μεταξύ των πεπτιδίων, των βασικών δομικών στοιχείων των πρωτεϊνών, και του επεξεργασμένου γενετικού υλικού για την κατασκευή του κυτταροσκελετού. Ως αποτέλεσμα, αυτά τα κατασκευασμένα κύτταρα μπορούν να προσαρμόσουν το σχήμα τους και να ανταποκριθούν στα περιβαλλοντικά σήματα, αποδεικνύοντας τις αξιοσημείωτες δυνατότητες της συνθετικής βιολογίας.
«Το DNA δεν εμφανίζεται κανονικά στον κυτταροσκελετό. Επαναπρογραμματίσαμε την αλληλουχία DNA έτσι ώστε να λειτουργεί ως αρχιτεκτονικό υλικό, συνδέοντας τα πεπτίδια μεταξύ τους», είπε ο Freeman. «Μόλις αυτό το προγραμματισμένο υλικό τοποθετήθηκε σε μια σταγόνα νερού, οι δομές πήραν σχήμα».
Αυτή η άνευ προηγουμένου ικανότητα προγραμματισμού του DNA δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να δημιουργούν κύτταρα προσαρμοσμένα για συγκεκριμένους σκοπούς και ακόμη και να ρυθμίζουν την απόκριση αυτών των κυττάρων σε εξωτερικές πιέσεις. Αν και τα συνθετικά κύτταρα που δημιουργήθηκαν στο Freeman Lab στερούνται την πολυπλοκότητα των ζωντανών κυττάρων, προσφέρουν ένα επίπεδο προβλεψιμότητας και αντοχής σε σκληρές συνθήκες όπως οι ακραίες θερμοκρασίες.
Αντί να εστιάζει στη δημιουργία ανθεκτικών υλικών, ο Freeman δίνει έμφαση στην προσαρμοστικότητα αυτών των κυψελών – έχουν σχεδιαστεί για να εκτελούν ορισμένες λειτουργίες και στη συνέχεια να προσαρμόζονται σε νέες εργασίες.
Με την ενσωμάτωση διαφορετικών κατασκευών πεπτιδίων ή DNA, αυτά τα υλικά μπορούν να προσαρμοστούν για να προγραμματίσουν κύτταρα σε ιστούς ή ιστούς. Αυτή η ευελιξία ανοίγει ευκαιρίες για ενοποίηση με άλλες τεχνολογίες συνθετικών κυττάρων, φέρνοντας δυνητικά επανάσταση σε τομείς όπως η βιοτεχνολογία και η ιατρική.
«Αυτή η έρευνα μας βοηθά να καταλάβουμε από τι αποτελείται η ζωή», λέει ο Freeman. «Αυτή η τεχνολογία συνθετικών κυττάρων θα μας επιτρέψει όχι μόνο να αναπαράγουμε αυτό που κάνει η φύση, αλλά και να δημιουργήσουμε υλικά ανώτερα από τα βιολογικά».
Διαβάστε επίσης:
Αφήστε μια απάντηση