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細胞挑戰人工與生物之間的界限
DNA作為多功能合成細胞的構建材料﹐在高達50°C的溫度下保持穩定。在再生醫學﹑藥物輸送和診斷方面的潛在應用。
由於合成生物學的新突破﹐人造材料和生物材料之間的界限變得越來越模糊。北卡羅來納大學教堂山分校的研究人員創造了合成細胞其行為類似於活細胞﹐但有所不同。它們可以被重新編程以執行多種功能並在自然細胞無法承受的條件下運行。
秘密是什麼﹖
自組裝合成細胞骨架由DNA和蛋白質構建。在天然細胞中﹐細胞骨架提供結構和穩定性﹐保護其他細胞成分。根據細胞類型的不同﹐這種細胞骨架或多或少具有靈活性並以不同的方式對周圍環境做出反應﹐從而賦予細胞特殊的能力。但DNA通常不是細胞骨架的一部分。研究人員必須重新編程DNA序列使其充當建築材料﹐將肽結合在一起。「我們重新編程DNA序列作為建築材料﹐將肽結合在一起﹐」他解釋道羅尼特·弗里曼﹐該研究的主要作者。
DNA編程以不同方式自組裝的能力使研究人員能夠創造出具有不同功能的合成細胞。而且它們並不局限於一個目的。通過改變溶液的溫度可以觸發不同的配置。研究小組表示通過組合不同的肽或DNA序列﹐可以更大規模地獲得可編程組織。雖然不像活細胞那麼複雜﹐但這些合成細胞更容易操作並且可以在天然細胞無法承受的條件下發揮作用。
這些合成細胞即使在50°C下也能保持穩定﹐這為在通常不適合人類生命的環境中生產具有非凡能力的細胞提供了可能性。與其他合成細胞技術相結合﹐這些可編程細胞可以在各種領域找到應用﹐從再生醫學通過診斷工具進入藥物輸送系統。例如﹐旨在修復受損組織的合成細胞能夠適應當地條件並執行多項任務﹐從刺激細胞生長到抑制炎症。或者人造細胞裝載有藥物能夠到達體內的特定部位並以受控和有針對性的方式釋放其「貨物」。
合成細胞工廠能夠生產定制的化合物或材料﹐或者旨在淨化水或空氣中污染物的人造細胞。能夠自我修復或適應外部刺激的合成織物。這項研究代表了合成生物學領域的重大突破﹐該學科旨在創建與自然系統相比具有新功能或改進功能的人工生物系統。到目前為止﹐這一領域的大部分工作都集中在活細胞內創建合成遺傳電路﹐重新編程它們的DNA以執行所需的功能。但弗里曼和同事的方法更進一步﹐從頭開始創建完全合成的細胞﹐具有可以隨意編程的自組裝細胞骨架。
當然﹐我們離這些未來場景還很遠。與天然細胞相比﹐弗里曼及其同事創建的合成細胞仍然相對簡單﹐為了提高其複雜性和能力﹐還有很多工作要做。然而﹐這項研究為有機和合成之間的界限變得越來越模糊的未來奠定了基礎。未來合成細胞將與天然細胞並駕齊驅﹐甚至超越天然細胞﹐為以前無法想像的技術和應用鋪平道路。
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