Neue künstliche Zellen ahmen die winzigen Reaktoren der Natur nach | 2020

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Anonim

Der Aufprall

Dieser neue Typ eines zellähnlichen Bioreaktors könnte wesentliche Vorteile für die Durchführung komplexer Syntheseverfahren bieten, die natürliche Prozesse imitieren. Es könnte auch Vorteile bei der Durchführung massiv paralleler chemischer Reaktionen bieten.

Zusammenfassung

Wissenschaftler entdeckten ein neues Verfahren zur spontanen Bildung "künstlicher Zellen", die als Bioreaktoren fungieren können, indem sie polymerreiche Wassertröpfchen in lipidreichen Wassertröpfchen selbst anordnen. Im Wesentlichen besteht der künstliche Bioreaktor aus einer Schalenmembran, durch die Reaktanten und Produkte selektiv hindurchtreten können, und einer inneren Umgebung, in der die Reaktionen stattfinden. Lipid-, Polymer- und Gel-basierte Verfahren zur Herstellung von Bioreaktoren, die nach Vorbild biologischer Zellen hergestellt wurden; Die Aufrechterhaltung einer stabilen reaktionsrelevanten inneren Umgebung bei gleichzeitigem leichten Durchtritt von Reaktanten und Produkten ist nach wie vor eine zentrale Herausforderung.

Forscher der Pennsylvania State University haben nun eine neue Art von Wasser-in-Wasser-Kompositemulsion entwickelt, die auf der Selbstorganisation von mikroskaligen wässrigen Tröpfchen basiert, die von nanoskaligen Lipidkapseln in einer kontinuierlichen wässrigen Phase umgeben sind. Diese lipidstabilisierten Wasser-in-Wasser-Anordnungen bieten eine aufregende Alternative zu herkömmlichen Riesenlipidvesikeln oder Liposomen als künstliche Zellmimetika. Im Vergleich zu herkömmlichen Riesenliposomen, die ein ähnliches wässriges Volumen in einer einzigen kontinuierlichen Lipidmembran einschließen, bieten die hier vorgestellten Strukturen

(1) leichte Einkapselung von Proteinen in der inneren Phase sowie von Polymermitteln zur Steuerung des Fortschritts der gewünschten Reaktion,

(2) ausgezeichnete Gleichmäßigkeit der Tröpfchengröße und des Tröpfcheninhalts und

(3) viel größerer Zugang in und aus dem Innenraum.

Die Forscher fanden heraus, dass sich negativ geladene Lipidkapseln mit einem Durchmesser von jeweils 100 Nanometern an der wässrigen Grenzfläche von polymerreichen Tröpfchen mit einem Durchmesser von mehreren zehn Mikrometern selbst organisieren. Die Abstoßung zwischen den Lipidkapseln aufgrund ihrer negativen Ladungen zwang sie, ihre zusammengesetzte Struktur beizubehalten, sie im wesentlichen zusammenzukleben und den gesamten Bioreaktorkomposit zu stabilisieren. Eine besonders aufregende Fähigkeit dieser Kompositanordnungen ist die bevorzugte Aufteilung der DNA innerhalb des inneren Kompartiments auf der Grundlage der Länge der DNA, was für den Entwurf und die Herstellung von Mikroreaktoren, in denen Kombinationen von Reaktanten selektiv eingeführt und auf gewünschten Niveaus gehalten werden können, gut ist . Darüber hinaus ist die Ribozym-induzierte Spaltung von im Inneren eingekapselter RNA ein weiteres Beispiel für die einzigartige Fähigkeit des Bioreaktors.