سیستم انتقال سلول مانند جدید می تواند راه را برای توسعه سلول های مصنوعی هموار کند

بیوفیزیکدانان یک سیستم انتقال سلول مانند جدید طراحی کرده اند که نشان دهنده نقطه عطف مهمی در مسیر سلول های مصنوعی است.

ایجاد سلول‌های مصنوعی با ویژگی‌های حیاتی از حداقل مجموعه‌ای از اجزا، هدف اصلی زیست‌شناسی مصنوعی است. حرکت خودمختار یک قابلیت کلیدی در اینجاست و بازتولید آن در لوله آزمایش دشوار است. همانطور که محققان در مجله گزارش می دهند، تیمی به رهبری فیزیکدان اروین فری، پروفسور فیزیک آماری و بیولوژیکی در LMU، و پترا شویل از موسسه بیوشیمی ماکس پلانک، اکنون پیشرفت مهمی در این زمینه داشته اند. فیزیک طبیعت.

دانشمندان موفق شده اند وزیکول های محصور شده توسط یک غشای لیپیدی – به اصطلاح لیپوزوم – را در حرکت ثابت روی یک غشای نگهدارنده نگه دارند. این حرکت توسط تعامل غشای وزیکول با الگوهای پروتئین خاصی انجام می شود که به نوبه خود به “سوخت” بیوشیمیایی ATP نیاز دارند. این الگوها توسط یک سیستم شناخته شده برای تشکیل الگوی بیولوژیکی تولید می شوند: سیستم پروتئین Min که تقسیم سلولی را در بدن کنترل می کند. E. coli باکتری آزمایش‌ها در آزمایشگاه شویل نشان داده‌اند که پروتئین‌های Min متصل به غشاء در سیستم مصنوعی به‌طور نامتقارن در اطراف وزیکول‌ها قرار می‌گیرند و با آن‌ها به گونه‌ای تعامل می‌کنند که آنها را به حرکت در می‌آورد. در این فرآیند، پروتئین ها هم به غشای نگهدارنده و هم به خود وزیکول ها متصل می شوند. شویل می‌گوید: «انتقال مستقیم وزیکول‌های غشایی بزرگ تنها در سلول‌های بالاتر، جایی که پروتئین‌های حرکتی پیچیده این وظیفه را انجام می‌دهند، یافت می‌شود. “در حال حاضر نه تنها مشخص نیست که مولکول های پروتئین دقیقاً در سطح غشاء چه می کنند، بلکه همچنین مشخص نیست که باکتری ها برای چه هدفی می توانند به چنین عملکردی نیاز داشته باشند.”

دو مکانیسم ممکن

با کمک آنالیزهای نظری، تیم فری دو مکانیسم مختلف را شناسایی کردند که می‌توانند پشت این حرکت باشند: «یک مکانیسم ممکن این است که پروتئین‌های روی غشای نگهدارنده با پروتئین‌های روی سطح وزیکول تا حدودی مانند یک زیپ برهم کنش داشته باشند و ترکیبات مولکولی را تشکیل یا حل کنند. به این ترتیب، “فری توضیح می دهد. “اگر در یک طرف پروتئین های بیشتری نسبت به طرف دیگر وجود داشته باشد، زیپ در آنجا باز می شود، در حالی که از طرف دیگر بسته می شود. بنابراین وزیکول در جهتی حرکت می کند که پروتئین های کمتری در آن وجود دارد.”

دومین مکانیسم ممکن این است که پروتئین های متصل به غشاء، غشای وزیکول را تغییر می دهند و انحنای آن را تغییر می دهند. این تغییر شکل سپس باعث حرکت رو به جلو می شود.

هر دو مکانیسم در اصل امکان پذیر است. با این حال، آنچه ما به طور قطع می دانیم این است که الگوهای پروتئین روی غشای نگهدارنده و روی وزیکول باعث حرکت می شوند. این نشان دهنده یک گام بزرگ رو به جلو در مسیر سلول های مصنوعی است.”

اروین فری، استاد فیزیک آماری و بیولوژیکی در LMU

نویسندگان متقاعد شده اند که سیستم آنها می تواند به عنوان یک پلت فرم مدل سازی در آینده برای توسعه سیستم های مصنوعی با حرکات شبیه به زندگی عمل کند.