Stworzono pierwszą samoczynnie poruszającą się sztuczną komórkę

Pierwsza sztuczna komórka może poruszać się bez życia, wykorzystując jedynie trzy podstawowe składniki i prawa chemii. Odkrycie to otwiera nowe kierunki w biologii syntetycznej i pozwala zrozumieć, jak porusza się życie.

Oprócz fundamentalnej wartości naukowej , sukces w tworzeniu samodzielnie poruszających się sztucznych komórek otwiera również wiele potencjalnych zastosowań w biomedycynie i budownictwie - Zdjęcie: AI

W pracy opublikowanej w czasopiśmie Science grupa naukowców z Instytut Biotechnologii Katalonii (IBEC) , Uniwersytet w Barcelonie, University College London, Uniwersytet w Liverpoolu, Instytut Biofizyki i Fundacja Nauki Ikerbasque twierdzą, że sztuczna komórka jest jedną z najprostszych struktur, jakie kiedykolwiek stworzono: składa się jedynie z błony lipidowej, enzymu i poru. Mimo to ma zdolność do orientowania się i poruszania w oparciu o reakcje chemiczne, podobnie jak plemniki odnajdują komórki jajowe, a białe krwinki śledzą oznaki infekcji.

Zjawisko to nazywa się chemotaksją, czyli zdolnością do poruszania się w zależności od stężenia substancji chemicznych, co jest ważną umiejętnością przetrwania w świecie biologicznym. Cechą szczególną tej sztucznej komórki jest to, że nie potrzebuje ona złożonych struktur, takich jak wici czy receptory.

„Odtworzyliśmy całą tę mobilność, wykorzystując zaledwie trzy elementy: błonę, enzym i por jądrowy. Bez zbędnych ceregieli. I wtedy ujawniły się ukryte zasady życia” – powiedział profesor Giuseppe Battaglia (IBEC).

Sztuczne komórki zbudowane są z liposomów, czyli pęcherzyków tłuszczowych, które imitują prawdziwe błony komórkowe. Umieszczone w środowisku o gradiencie stężenia glukozy lub mocznika, enzymy wewnątrz liposomów reagują z tymi cząsteczkami, powodując różnicę stężeń.

Ta nierównowaga powoduje mikroskopijny przepływ przez powierzchnię komórki, popychając ją w stronę o wyższym stężeniu. Pory błony działają jak kontrolowana „śluza”, tworząc asymetrię potrzebną do generowania ciągu, podobnie jak łódź napędzana jest przepływem wody.

W swoich eksperymentach zespół zbadał ponad 10 000 sztucznych komórek w kanałach mikroprzepływowych w ściśle kontrolowanych warunkach gradientu. Wyniki pokazały, że komórki z większą liczbą porów jądrowych poruszały się energiczniej w kierunku chemotaksji; komórki bez porów poruszały się jedynie biernie, prawdopodobnie poprzez prostą dyfuzję.

W naturze ruchliwość jest kluczową strategią przetrwania, która pomaga żywym komórkom znaleźć składniki odżywcze, unikać toksyn i koordynować swój wzrost. Dokładne symulowanie tego zjawiska przy użyciu zaledwie trzech minimalnych komponentów przybliżyło naukowców do zrozumienia, jak życie mogło zacząć się poruszać na wczesnym etapie swojej ewolucji.

Oprócz fundamentalnej wartości naukowej, badania te otwierają również wiele potencjalnych zastosowań w biomedycynie i budownictwie. Na przykład, sztuczne komórki mogą być projektowane w celu dostarczania leków do właściwego miejsca uszkodzenia w organizmie, wykrywania zmian chemicznych w mikrośrodowisku lub tworzenia programowalnych, samoorganizujących się systemów w przemyśle budowlanym.

Ponieważ te komponenty komórkowe są wszechobecne w biologii, można je powiększać lub dostosowywać do tworzenia miękkich biomimetycznych mikrorobotów, które nie wymagają metalowych ram ani obwodów elektronicznych.

„Przyjrzyjcie się uważnie poruszającej się sztucznej komórce. W jej wnętrzu kryje się sekret: jak komórka szepcze, jak transportuje ważne substancje. Ale biologia naturalna jest zbyt hałaśliwa, zbyt szczegółowa. Dlatego trochę „oszukujemy”. A potem wszystko staje się uproszczone, piękne, niczym czysta chemiczna muzyka” – porównał profesor Battaglia.

MINH HAI

Źródło: https://tuoitre.vn/lan-dau-tien-tao-ra-te-bao-nhan-tao-tu-di-chuyen-20250727080301666.htm