Синтетические клетки – сила будущего

Оценка того, как синтетические органеллы, производящие энергию, могут поддерживать искусственные клетки.

Исследователи оценили прогресс и проблемы в создании искусственных митохондрий и хлоропластов для производства энергии в искусственных клетках. Эти искусственные органеллы могут способствовать развитию новых организмов или биоматериалов. Исследователи определили белки как наиболее важные компоненты вращающихся молекулярных механизмов, транспорта протонов и производства АТФ, которые служат основной энергетической валютой клетки.

Хлоропласты и митохондрии отвечают за производство энергии в природе и необходимы для производства устойчивых искусственных клеток в лаборатории. Митохондрии — это не только «электростанция клетки», как говорят школьники-биологи, но и один из самых сложных внутриклеточных компонентов искусственного размножения.

в Обзоры биофизикиКак сообщает AIP Publishing, исследователи из Университета Соганг в Южной Корее и Харбинского технологического института в Китае определяют наиболее многообещающие разработки и самые большие проблемы для синтетических митохондрий и хлоропластов.

«Если ученые смогут создать искусственные митохондрии и хлоропласты, мы сможем разработать искусственные клетки, которые могут самостоятельно генерировать энергию и производить молекулы. Это проложит путь к созданию совершенно новых организмов или биоматериалов», — сказал автор Куано Шин.

В растениях хлоропласты используют солнечный свет для преобразования воды и углекислого газа в глюкозу. Митохондрии, обнаруженные как у растений, так и у животных, производят энергию, расщепляя глюкозу.

После того, как клетка произвела энергию, она часто использует молекулу, называемую аденозинтрифосфатом (АТФ), для хранения и передачи этой энергии. Когда клетка расщепляет АТФ, она высвобождает энергию, которая питает функции клетки.

«Другими словами, АТФ служит основной энергетической валютой клетки и жизненно важен для выполнения большинства клеточных функций», — сказал Шен.

Команда описывает компоненты, необходимые для создания искусственных митохондрий и хлоропластов, и определяет белки как наиболее важные аспекты механизмов молекулярного вращения, транспорта протонов и производства АТФ.

Предыдущие исследования воспроизводили компоненты, из которых состоят органеллы, производящие энергию. Некоторые из наиболее многообещающих работ посвящены изучению промежуточных процессов, участвующих в сложном процессе производства энергии. Связав последовательности белков и ферментов, исследователи повысили эффективность использования энергии.

Одной из наиболее важных остающихся проблем в попытках восстановить органеллы, производящие энергию, является обеспечение самоадаптации к изменяющимся условиям для поддержания стабильного снабжения АТФ. Будущие исследования должны изучить, как улучшить это ограниченное преимущество, прежде чем искусственные клетки смогут стать самоподдерживающимися.

Авторы считают важным создание искусственных клеток с биологически реалистичными методами выработки энергии, имитирующими естественные процессы. Репликация целых клеток может привести к будущим биоматериалам и проникновению в прошлое.

«Это может стать важной вехой в понимании происхождения жизни и происхождения клеток», — сказал Шен.

Ссылка: «Искусственные органеллы для устойчивого преобразования и производства химической энергии в искусственных клетках: синтетические митохондрии и хлоропласты», авторы Хюн Пак, Ичен Ван, Сео Хюн-мин, Ёнчо Рен, Куану Шин и Сяоцзюнь Хан, 28 марта 2023 г., доступно здесь. Биофизика.
DOI: 10.1063 / 5.0131071