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I ricercatori sintetizzano le celle artificiali per individuare l'istamina

Cuocere un dolce da zero è un compito reputato difficile per molti. Costruendo un sistema del tipo di cella artificiale da zero, pozzo che è un'altra storia.

“Sintetizzare le celle da zero è di importanza fondamentale per capire che cosa la vita è,„ ha detto prof. Yohei Yokobayashi, guida dell'istituto di Okinawa di chimica dell'acido nucleico dell'università del laureato di scienza e tecnologia (OIST) e dell'unità di assistenza tecnica.

Gli scienziati intorno al mondo stanno cominciando a creare le celle artificiali semplici che conducono alcune funzioni biologiche di base e che contengono i piccoli fili di DNA o di RNA. Tuttavia, convincere questi frammenti di materiale genetico per esprimere le loro proteine codificate in risposta ai segnali precisi è stato una sfida.

Ora, Yokobayashi ed altri ricercatori da OIST e dall'università di Osaka hanno trovato un modo incitare le celle artificiali ad interagire con una vasta gamma di prodotti chimici. Hanno sviluppato un riboswitch - un'opzione del gene che percepisce i segnali chimici - che possono rispondere ad istamina, un composto chimico che è prodotto naturalmente nell'organismo. In presenza di questo prodotto chimico, il riboswitch accende un gene dentro le celle artificiali. Un tal sistema, potrebbe l'un giorno essere utilizzato mentre un nuovo modo di amministrazione della medicina, ha detto Yokobayashi, un autore corrispondente su uno studio recente in giornale della società di prodotto chimico americano, che descrive l'approccio.

“Vogliamo le celle rilasciare le droghe basate sulla loro rilevazione di istamina,„ Yokobayashi ha detto. “Lo scopo finale è di avere celle in vostra istamina di uso dell'intestino come un segnale rilasciare la quantità appropriata di droga per trattare una circostanza.„

Selezione del segnale

Gli scienziati hanno scelto l'istamina come il segnale chimico per le loro celle artificiali perché è un composto biologico importante nel sistema immunitario. Se ritenete un prurito, l'istamina è il colpevole probabile. Egualmente è rilasciata dall'ente durante le reazioni allergiche e le guide difendono contro gli agenti patogeni non Xeros stimolando l'infiammazione.

Per individuare l'istamina, hanno creato una molecola chiamata un aptamer del RNA. I aptamers del RNA sono piccoli segmenti delle particelle elementari del RNA che possono essere costruite per fungere da leganti alle molecole specifiche dell'obiettivo. Ha catturato Yokobayashi e studente Charles Whitaker, due anni i suoi colleghi, ex Dott. Mohammed Dwidar dei postdocs di OIST e Dott. Shungo Kobori e PhD di OIST per creare un aptamer quell'istamina mirata a.

Dopo, il gruppo ha sviluppato un cosiddetto riboswitch che avrebbe trasformato questa rilevazione di segnale in atto - specificamente, traducendo un gene per produrre una proteina. Normalmente, le celle producono le proteine quando i modelli fatti di legatura del RNA messaggero (mRNA) alle strutture cellulari hanno chiamato i ribosomi. Qui, gli scienziati hanno usato il aptamer dell'istamina per progettare un riboswitch che altera la forma del mRNA sopra istamina obbligatoria. In assenza di istamina, la forma del mRNA impedisce il ribosoma l'associazione e nessuna proteina è prodotta. a mRNA diretto a istamina, tuttavia, permette che il ribosoma leghi e sintetizzi le proteine.

“Abbiamo dimostrato che i riboswitches possono essere usati per incitare le celle artificiali a rispondere ai composti chimici ed ai segnali desiderati,„ Yokobayashi abbiamo detto.

Il punto seguente è derivato da una collaborazione con prof. senior Tomoaki Matsuura ed il dottorando Yusuke Seike dell'autore del dipartimento di biotecnologia all'università di Osaka. Matsuura e Seike hanno messo il riboswitch senza cellula creato dal gruppo di Yokobayashi nelle vescicole del lipido per creare le celle artificiali. Il gruppo di Osaka ha fissato il riboswitch ad un gene che esprime una proteina fluorescente, di modo che quando il riboswitch è stato attivato da istamina, il sistema ha emesso luce. Poi, hanno gestito un'altra proteina dal riboswitch - uno che fa i pori del nanometro-disgaggio sulla membrana cellulare. Quando il aptamer ha percepito l'istamina, un composto fluorescente incapsulato nelle vescicole è stato rilasciato dalle celle attraverso i pori, modellanti come il sistema rilascerebbe una droga.

Gli scienziati egualmente hanno creato “un'opzione di uccisione„, che istruisce la cella autodistruggersi - creare un controllo per la tecnologia.

La tecnologia è nelle fasi iniziali di sviluppo. Il punto seguente è di rendere le celle artificiali più sensibili ad una più piccola quantità di istamina. L'uso medico può essere nel lontano futuro, ma il potenziale esiste, gli scienziati dicono.

Source:
Journal reference:

Dwidar, M. et al. (2019) Programmable Artificial Cells Using Histamine-Responsive Synthetic Riboswitch. Journal of the American Chemical Society. doi.org/10.1021/jacs.9b03300 .