Na łamach magazynu „Nature” (https://www.nature.com/articles/s41586-021-03774-y) zespół z New York University opisał dokonanie, które może otwierać drogę do prac nad syntetycznym „życiem”.

Jak tłumaczą naukowcy, podstawowe funkcje żywych komórek to uzyskiwanie energii oraz - z jej pomocą - pobieranie, przetwarzanie i usuwanie ze swojego wnętrza materii. Różne substancje często muszą być przekazywane w stronę od większego stężenia do mniejszego. Mamy wtedy do czynienia z tzw. transportem aktywnym, do którego potrzebna jest energia. Dzięki niemu, tłumaczą badacze, komórki pobierają np. aminokwasy, glukozę, czy usuwają toksyczne związki.

Nad stworzeniem sztucznej komórki naukowcy z różnych ośrodków pracują już od lat, ale - jak wyjaśniają autorzy nowej pracy - nie udawało się dotychczas odtworzyć skomplikowanych procesów, takich jak np. aktywny transport.

Zespół z University of Chicago stworzył tymczasem prostą, sztuczną komórkę, która radzi sobie z aktywnym pochłanianiem różnych substancji, ich gromadzeniem, przetwarzaniem i wydalaniem. Syntetyczny twór nie zawiera przy tym żadnych elementów biologicznych. Składa się z polimerowej membrany o rozmiarach czerwonej krwinki. W membranie znalazł się nanokanał do transportu substancji przez błonę.

W żywych komórkach energii dostarcza wytwarzany przez mitochondria związek o nazwie ATP. W sztucznej komórce naukowcy zastosowali jednak inne rozwiązanie. Do nanokanału dodali związek, który pod wpływem światła wydziela energię potrzebną do transportu. Reakcję można odwracać tak, że dana substancja jest przekazywana do środka komórki albo na zewnątrz.

„Nasza koncepcja pozwala tym sztucznym komórkom działać autonomicznie i prowadzić transport substancji, z którym dotąd radziły sobie tylko żywe komórki” - mówi główny autor badania, prof. Stefano Sacanna.

„W sercu pracy przypominającej komórkę struktury znajduje się synergia między aktywnym, napędzanym z wewnątrz elementem transportowym oraz fizycznymi ograniczeniami, nakładanymi przez ścianę komórki. Pozwala to jej na wchłanianie, przetwarzanie i wydalanie obcej materii” - tłumaczy specjalista.

Badacze przetestowali wynalazek w różnych warunkach. W ramach jednego z eksperymentów zanurzyli komórki w wodzie, gdzie pod wpływem światła pochłaniały one różne cząstki, w tym zanieczyszczenia. To nasuwa jedno z możliwych zastosowań - wychwytywanie szkodliwych substancji z wody.

„Można myśleć o tych komórkach jak o grze PAC-MAN - wędrują dokoła i zjadają toksyny, usuwając je ze środowiska” - mówi prof. Sacanna.

W innym doświadczeniu naukowcy pokazali, że komórka może nawet połknąć bakterię E. coli i uwięzić ją w swoim wnętrzu. Oznacza to, że być może wynalazek będzie można kiedyś wykorzystać w walce z chorobotwórczymi bakteriami.

Inne potencjalne zastosowanie to - jak mówią badacze - precyzyjne dostarczanie leków do wybranych części organizmu.

Naukowcy rozwijają swój pomysł. Pracują m.in. nad dodaniem do komórek kolejnych funkcji i sprawdzają możliwość ich komunikowana się między sobą. (PAP)

Marek Matacz

mat/ zan/