Zur Erweiterung zellähnlicher Funktionalitäten wie Signalverarbeitung, Proteinexpression, morphologische Differenzierung und Energiegewinnung wurden aus künstlichen zellähnlichen Kompartimenten zusammengesetzte Protozellnetzwerke entwickelt.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Qiao Yan vom Institut für Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Prof. Stephen Mann von der University of Bristol und Prof. Yiyang Lin von der Beijing University of Chemical Technology hat über eine binäre Population nicht mischbarer Koazervate berichtet Mikrotröpfchen, die sich spontan zu miteinander verbundenen Protozellnetzwerken sortieren können.
Die Studie war veröffentlicht In Naturchemie am 6. November.
Die selbstorganisierte Protozell-Überstruktur ist thermodynamisch in Form linearer und verzweigter Ketten mit einer abwechselnden Abfolge von flüssigkristallinen Koazervaten und nichtstrukturierten Mikrotröpfchen organisiert, wobei die beiden nicht mischbaren Tröpfchen aneinander haften. Die Netzwerke sind selbstsortierende Konstrukte, die durch die Minimierung der Oberflächenenergie von Koazervattröpfchen in einem einschränkenden Kraftfeld angetrieben werden, das durch lokale Oberflächenadhäsionswechselwirkungen erzeugt wird.
Diese beiden Populationen von Koazervaten weisen unterschiedliche innere Strukturen und Ordnungen auf, wobei die flüssigkristallinen Tröpfchen die selektive Aufnahme von Proteinen, Polysacchariden, Lipiden und ATP begünstigen. Im Gegensatz dazu sind nichtstrukturierte Koazervate, die aus positiv geladenen Polyelektrolyten und kleinen Molekülen bestehen, in der Lage, Nukleinsäuren anzureichern. Diese Eigenschaft ermöglicht es Protozellnetzwerken, biochemische Reaktionen in separaten Kompartimenten räumlich zu lokalisieren.
Darüber hinaus wird das vorbeladene Oligonukleotid in flüssigkristallinen Koazervaten in eine benachbarte homogene Domäne übertragen, da die Löslichkeit des Oligonukleotids in den Empfängertröpfchen energetisch begünstigt wird.
Die Forscher zeigten außerdem, dass die topografische Neukonfiguration des Protozellnetzwerks durch Wirt-Gast-Komplexierung, Photoisomerisierung und salzinduzierte Auflösung stimuliert werden kann.
Darüber hinaus nutzten sie die Protozellnetzwerke, um Oligonukleotide aus Mischungen zu isolieren, die Proteine, Polysaccharide, Lipide oder ATP enthielten. Die Protozellnetzwerke, die aus oberflächentechnisch hergestellten Koazervaten bestehen, sind in der Lage, die Koaleszenz von Selbst und Eigentröpfchen einzuschränken und sich zu gewebeähnlichen 2D-Überstrukturen zusammenzufügen.
Die koazervatbasierten Protozellüberstrukturen stellen einen Schritt in Richtung der spontanen Orchestrierung künstlicher vielzelliger Kolonien mit übergeordneter Organisation und kollektiven Funktionen dar.
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Wenjing Mu et al., Überstrukturelle Ordnung in selbstsortierenden koazervatbasierten Protozellennetzwerken, Naturchemie (2023). DOI: 10.1038/s41557-023-01356-1