Vedci zlomili zákony biológie. Vytvorili umelú bunku, ktorá sa hýbe ako živá

Vedcom sa po prvýkrát podarilo vytvoriť umelú bunku, ktorá sa pohybuje úplne sama. Nemá žiadne biologické motory a pohybuje sa len pomocou chemických reakcií. Ide o prelomový projekt tímu z Inštitútu bioinžinierstva Katalánska (IBEC), ktorý v spolupráci s viacerými európskymi univerzitami vyvinul zrejme najjednoduchšiu syntetickú bunku vôbec. Táto „bunka“ nie je živá, no dokáže sa pohybovať a reagovať na svoje okolie podobne ako baktérie či imunitné bunky.

Základ syntetického organizmu tvoria iba tri komponenty – lipidová membrána, enzým a pórový kanál. Celá štruktúra pripomína drobnú tukovú bublinu, odborne nazývanú lipozóm, ktorá sa dokáže sama pohybovať smerom k vyššej koncentrácii určitých chemických látok v prostredí. Tento jav, známy ako chemotaxia, je v prírode bežný. Napríklad spermie si takto hľadajú vajíčko a biele krvinky miesto zápalu. Štúdia bola publikovaná v žurnáli Science.

Chemický pohyb bez biologickej zložitosti

Na rozdiel od prírodných buniek vedci obišli komplexné biologické štruktúry, ako sú bičíky či proteínové receptory. Pohyb je riadený čisto chemicky: enzým uzavretý v membráne reaguje s látkami, ako sú glukóza alebo močovina, čím vytvára rozdiely v koncentrácii. Tieto rozdiely spôsobujú pohyb lipozómu. Pórový kanál funguje ako jemne riadený ventil, ktorý nerovnomerne prepúšťa molekuly, vytvára asymetriu a poháňa bunku dopredu, podobne ako malý samoriadiaci čln unášaný molekulárnymi prúdmi.

Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC)

Na overenie hypotézy tím testoval vyše desaťtisíc týchto umelých buniek v mikrofluidných kanáloch s presne nastaveným chemickým gradientom. Zistili, že čím viac pórov bunka mala, tým silnejšia bola jej chemotaktická reakcia. Naopak, bunky bez pórov sa pohybovali pasívne smerom k nižšej koncentrácii, pravdepodobne len vplyvom difúzie.

„Celú túto choreografiu sme vytvorili z troch súčastí: tukového obalu, jedného enzýmu a póru. Žiadne zbytočné komplikácie. Práve v jednoduchosti sa odkrývajú skryté pravidlá. To je sila syntetickej biológie: rozobrať problém na minimum a odhaliť eleganciu v zdanlivom chaose. Čo sa predtým zdalo zložité? Čistá, jednoduchá chémia, ktorá dosahuje viac s menším počtom súčiastok,“ uviedol profesor Giuseppe Battaglia, vedúci výskumu a ICREA profesor na IBEC.

Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC)

Možnosti využitia a budúce perspektívy

Táto minimalistická syntetická bunka nie je len vedeckou zaujímavosťou. Poskytuje tiež model, ako sa mohli pohybovať prvé formy života pred vznikom komplexných biologických mechanizmov. Okrem toho otvára dvere praktickým aplikáciám, napríklad v cielenej doprave liekov, chemickom senzingu či vo vývoji mikro-robotov z mäkkých biologických materiálov.

„Tá drobná škrupina ukrýva tajomstvá: ako bunky komunikujú, ako doručujú náklad života. Biologické stroje sú hlučné a majú príliš veľa častí. My ich zjednodušujeme,“ dodáva Battaglia.

Čítajte viac z kategórie: Novinky