Celle sintetiche: il potere del futuro

Valutazione di come gli organelli sintetici che producono energia possono sostenere le cellule artificiali.

I ricercatori hanno valutato i progressi e le sfide nella creazione di mitocondri e cloroplasti artificiali per la produzione di energia nelle cellule artificiali. Questi organelli artificiali potrebbero consentire lo sviluppo di nuovi organismi o biomateriali. I ricercatori hanno identificato le proteine ​​come i componenti più importanti del meccanismo molecolare rotante, del trasporto di protoni e della produzione di ATP, che fungono da valuta energetica primaria della cellula.

I cloroplasti e i mitocondri sono responsabili della produzione di energia in natura e sono essenziali per la produzione di cellule artificiali sostenibili in laboratorio. I mitocondri non sono solo la “centrale energetica della cellula”, come si dice nella biologia delle scuole medie, ma anche uno dei componenti intracellulari più complessi della riproduzione artificiale.

In Recensioni di biofisicaRiportato da AIP Publishing, i ricercatori della Sogang University in Corea del Sud e dell’Harbin Institute of Technology in Cina identificano gli sviluppi più promettenti e le maggiori sfide per i mitocondri e i cloroplasti sintetici.

“Se gli scienziati possono creare mitocondri e cloroplasti artificiali, possiamo sviluppare cellule artificiali in grado di generare autonomamente energia e produrre molecole. Ciò aprirebbe la strada alla creazione di organismi o biomateriali completamente nuovi”, ha affermato l’autore Kuano Shin.

Nelle piante, i cloroplasti usano la luce solare per convertire l’acqua e l’anidride carbonica in glucosio. I mitocondri, presenti sia nelle piante che negli animali, producono energia scomponendo il glucosio.

Una volta che una cellula ha prodotto energia, spesso usa una molecola chiamata adenosina trifosfato (ATP) per immagazzinare e trasferire quell’energia. Quando una cellula scompone l’ATP, rilascia energia che alimenta le funzioni della cellula.

“In altre parole, l’ATP funge da principale valuta energetica della cellula ed è vitale per la cellula per svolgere la maggior parte delle funzioni cellulari”, ha detto Shen.

Il team descrive i componenti necessari per costruire mitocondri e cloroplasti artificiali e identifica le proteine ​​come gli aspetti più importanti del macchinario rotante molecolare, del trasporto di protoni e della produzione di ATP.

Precedenti studi hanno replicato i componenti che compongono gli organelli produttori di energia. Alcuni dei lavori più promettenti studiano i processi intermedi coinvolti nel complesso processo di generazione di energia. Collegando le sequenze di proteine ​​ed enzimi, i ricercatori hanno migliorato l’efficienza energetica.

Una delle sfide rimanenti più importanti nel tentativo di ricostruire gli organelli produttori di energia è consentire l’autoadattamento in ambienti mutevoli per mantenere una fornitura stabile di ATP. Studi futuri dovrebbero studiare come migliorare questo vantaggio limitato prima che le cellule artificiali possano diventare autosufficienti.

Gli autori ritengono importante creare cellule artificiali con metodi di generazione di energia biologicamente realistici che imitano i processi naturali. La replicazione di cellule intere potrebbe portare a futuri biomateriali e approfondimenti sul passato.

“Questa potrebbe essere una pietra miliare importante nella comprensione dell’origine della vita e dell’origine delle cellule”, ha detto Shen.

Riferimento: “Organelli artificiali per la conversione e la produzione di energia chimica sostenuta in cellule artificiali: mitocondri sintetici e cloroplasti” di Hyun Park, Yichen Wang, Seo Hyun-min, Youngcho Ren, Kuanu Shin e Xiaojun Han, 28 marzo 2023, disponibile qui. Biofisica.
DOI: 10.1063 / 5.0131071