Wissenschaftler der Universität Groningen haben gebaut synthetischen Vesikeln, in denen ATP, dem wichtigsten Energieträger in lebenden Zellen, produziert wird. Die Vesikel verwenden Sie das ATP zur Aufrechterhaltung Ihres Volumens und Ihrer Ionenstärke-Homöostase. Das metabolische Netzwerk wird schließlich verwendet werden, in der Schaffung von synthetischen Zellen-aber es kann bereits genutzt werden, um zu studieren ATP-abhängige Prozesse. Die Forscher beschrieben das synthetische system, in einem Artikel, veröffentlicht in „Nature Communications“ am 18.September.
„Unser Ziel ist es, den bottom-up-Konstruktion einer synthetischen Zelle, die ertragen können, sich selbst und das kann wachsen und teilen“, erklärt der Universität Groningen Professor für Biochemie Bert Poolman. Er ist Teil eines niederländischen Konsortiums, die eine Gravitation Zuschuss im Jahr 2017 von der niederländischen Organisation für Wissenschaftliche Forschung um dies zu realisieren Ehrgeiz. Verschiedene Gruppen von Wissenschaftlern, produzieren verschiedene Module für die Zell-und Poolman Gruppe wurde beauftragt, mit der Energie-Produktion.
Gleichgewicht
Alle lebenden Zellen produzieren ATP als Energieträger, sondern die Erreichung einer nachhaltigen Produktion von ATP im Reagenzglas ist keine kleine Aufgabe. ‚In bekannt, die synthetische Systeme, die alle Komponenten für die Reaktion enthalten waren, im inneren eine Blase. Allerdings, nach etwa einer halben Stunde, die Reaktion erreicht das Gleichgewicht und die ATP-Produktion sank‘ Poolman erklärt. „Wir wollten unser system zu bleiben Weg vom Gleichgewicht, wie in lebenden Systemen.‘
Es dauerte drei Ph. D. Studenten in seiner Gruppe fast vier Jahre zu konstruieren, die ein solches system. Ein lipid-Vesikel wurde ausgestattet mit einem transport-protein, das importieren das Substrat Arginin und export der Produkt-Ornithin. Im inneren der Vesikel, die Enzyme vorhanden waren, dass brach das Arginin in Ornithin. Die freie Energie, die diese Reaktion wurde verwendet, um link-Phosphat, ADP, ATP-Bildung. Ammonium und Kohlendioxid hergestellt wurden, als Abfall-Produkte, die diffundiert durch die Membran. ‚Die Ausfuhr von Ornithin entsteht im inneren der Blase, treibt den import von Arginin, die das system am laufen hält, solange der Vesikel mit Arginin“, erklärt Poolman.
Transport-protein
Erstellen Sie eine out-of-equilibrium Systems, das ATP wird zur Aufrechterhaltung der Ionenstärke innerhalb der Vesikel. Ein Biologischer sensor misst die Ionenstärke und wenn dieser zu hoch wird, aktiviert es ein transport-protein, dass die Einfuhren eine Substanz namens Glycin Betain. Dies erhöht das Volumen und reduziert somit die Ionenstärke. „Das transport-protein ist, angetrieben durch ATP, so haben wir die Produktion und Verwendung von ATP im inneren der Vesikel.‘
Das system wurde laufen gelassen und 16 Stunden im längsten experiment, das die Wissenschaftler durchgeführt haben. „Das ist ziemlich lange-einige Bakterien teilen sich nach nur 20 Minuten“, sagt Poolman. „Das aktuelle system sollte ausreichen für eine synthetische Zelle, die teilt sich einmal alle paar Stunden.‘ Schließlich werden unterschiedliche Module wie diese kombiniert werden, zum erstellen einer synthetischen Zelle wird autonom durch die Synthese eigener Proteine aus einem synthetischen Genom.
Künstliche Chromosom
Das aktuelle system basiert auf biochemischen Komponenten. Allerdings Poolman ‚ s Kollegen an der Universität Wageningen & Die Forschung beschäftigt sind, sammeln die Gene, die notwendig für die Produktion von Enzymen verwendet, die durch das system und die Einbindung in ein künstliches Chromosom. Andere arbeiten auf lipid-und protein-Synthese, zum Beispiel, oder die Zellteilung. Die endgültige synthetische Zelle enthalten DNA, die für alle diese Module und betreiben Sie selbständig wie einer lebenden Zelle, aber in diesem Fall entwickelt, der aus der bottom-up-und einschließlich neue Eigenschaften. Aber das ist schon viele Jahre Weg. „In der Zwischenzeit sind wir bereits mit unserem ATP-produzierenden Systems zur Untersuchung von ATP-abhängigen Prozesse und Voraus der Bereich der membrane transport“, sagt Poolman.