研究人員構(gòu)建了能夠感知并響應(yīng)環(huán)境的人造細(xì)胞

人造細(xì)胞可用于感知身體的變化，并通過釋放藥物分子或感知和去除環(huán)境中的有害金屬來做出反應(yīng)。

對化學(xué)變化的響應(yīng)是生物細(xì)胞的關(guān)鍵功能。例如，細(xì)胞可以通過產(chǎn)生某些蛋白質(zhì)，促進(jìn)能量產(chǎn)生或自毀來響應(yīng)化學(xué)物質(zhì)。細(xì)胞也使用化學(xué)物質(zhì)相互通信并協(xié)調(diào)響應(yīng)或發(fā)送信號，例如疼痛沖動。

然而，在天然細(xì)胞中，這些化學(xué)反應(yīng)可能非常復(fù)雜，涉及多個步驟。這使得它們難以設(shè)計，例如，如果研究人員想要使天然細(xì)胞產(chǎn)生有用的東西，如藥物分子。

相反，帝國研究人員正在制造人工細(xì)胞，以更簡單的方式模仿這些化學(xué)反應(yīng)，使它們更容易設(shè)計。

現(xiàn)在，該團(tuán)隊創(chuàng)建了第一個人工細(xì)胞，通過激活人工信號通路，可以感知和響應(yīng)外部化學(xué)信號。他們創(chuàng)造了能夠感知鈣離子并通過熒光(發(fā)光)響應(yīng)的細(xì)胞。他們的研究結(jié)果發(fā)表于今天的“科學(xué)院院刊”。

來自帝國大學(xué)化學(xué)系的第一作者James Hindley說：“這些系統(tǒng)可以開發(fā)用于生物技術(shù)。例如，我們可以設(shè)想創(chuàng)造能夠感知癌癥標(biāo)記并在體內(nèi)合成藥物的人工細(xì)胞，或人工細(xì)胞。可以感知環(huán)境中危險的重金屬并釋放選擇性海綿來清理它們的細(xì)胞。“

該團(tuán)隊創(chuàng)建了一個人造細(xì)胞，里面有較小的細(xì)胞('囊泡')。細(xì)胞的邊緣由包含孔的膜形成，所述孔允許鈣離子進(jìn)入。在細(xì)胞內(nèi)，鈣離子激活酶，導(dǎo)致囊泡釋放發(fā)出熒光的粒子。

詹姆斯補(bǔ)充說：“通過使用復(fù)雜的代謝和調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，生物學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為強(qiáng)大的。這可能使編輯細(xì)胞變得困難，因為許多現(xiàn)有的化學(xué)反應(yīng)途徑復(fù)制或工程極其復(fù)雜。

“相反，我們創(chuàng)造了自然界中發(fā)現(xiàn)的通路的截短版本，使用來自不同自然系統(tǒng)的人工細(xì)胞和元素來制造更短，更有效的途徑，從而產(chǎn)生相同的結(jié)果。”

研究人員的系統(tǒng)更簡單，因為它不需要考慮細(xì)胞在自然系統(tǒng)中需要繞過的許多東西- 例如對細(xì)胞有毒的副產(chǎn)品。

在該系統(tǒng)內(nèi)，膜孔和由鈣激活的酶來自現(xiàn)有的生物系統(tǒng) - 例如，酶來自蜂毒 - 但它們在自然界中不會在相同的環(huán)境中被發(fā)現(xiàn)。

研究人員表示，這是使用人造細(xì)胞產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)度- 它們可以更容易地混合在自然界中發(fā)現(xiàn)的元素，而不是將外部元素添加到現(xiàn)有的生物系統(tǒng)中。