Mutațiile aleatorii transformă picăturile de ARN în structuri asemănătoare celulelor
Cercetătorii au descoperit că un număr mic de mutații genetice aleatorii determină picături simple de ARN să se transforme în structuri asemănătoare celulelor. În acest proces, picăturile formează cavități, se pot deplasa și pot stoca material. Rezultatele au fost obținute de o echipă de cercetare condusă de dr. Kerstin Göpfrich de la Centrul pentru Biologie Moleculară al Universității din Heidelberg, în colaborare cu experți de la Centrul German de Cercetare a Cancerului și de la Universitatea din Augsburg, folosind nanostructuri bazate pe acid ribonucleic.
Studiul, publicat în revista Nature Chemical Engineering, arată că doar câteva modificări moleculare sunt suficiente pentru a declanșa aceste procese complexe în celule sintetice foarte simple. Cercetătorii speră să valorifice acest principiu și pentru aplicații medicale.
Una dintre cele mai vechi întrebări științifice fără răspuns este modul în care viața ar fi putut apărea din materie neînsuflețită. Pentru ca acest lucru să fie posibil, o celulă minimală trebuie să-și păstreze materialul genetic și, totodată, să se poată schimba. Crearea unei astfel de celule vii minimale de la zero, din componente neînsuflețite, este unul dintre obiectivele principale ale biologiei sintetice.
Cercetătorii folosesc în studiile lor picături de ARN – nanostructuri lichide, fără membrană, compuse din acid ribonucleic produs sintetic, care se autoasamblează spontan. Aceste picături pot încapsula șablonul genetic din care sunt transcrise, ceea ce stabilește o condiție de bază pentru un sistem care poate evolua.
Spre surprinderea oamenilor de știință, modificarea deliberată a șablonului de ADN nu a determinat dizolvarea picăturilor, așa cum se așteptau. În schimb, acestea au format cavități mari, cunoscute sub numele de vacuole, care au rămas stabile timp de zile sau chiar săptămâni. Conform cercetătorilor, o rată de mutație de doar aproximativ 3% a fost suficientă pentru a produce aceste schimbări complexe în celulele sintetice primitive.
Echipa condusă de dr. Michael Platten de la Centrul German de Cercetare a Cancerului a folosit o tehnologie specializată de secvențiere pentru a determina care mutații au fost responsabile de schimbările structurale din interiorul picăturilor. Astfel a fost posibilă crearea unui „mutant model” și reproducerea fiabilă a efectului.
Vacuolele se formează atunci când tot mai mult ARN nou pătrunde în interiorul vâscos al picăturilor în timpul transcripției. Acumularea rapidă de masă poate provoca instabilități locale, din care se formează cavitățile, explică dr. Christoph Weber de la Institutul de Fizică al Universității din Augsburg. Experimentele au confirmat că formarea vacuolelor necesită ca picăturile de ARN să aibă o rază mai mare de 20 de micrometri și să conțină mai mult de aproximativ 2% material modificat genetic.
Investigații suplimentare au arătat că aceste cavități redistribuie masa în interiorul picăturilor, producând mici mișcări la scara micrometrică. Conform cercetătorilor, picăturile de ARN mutate s-au deplasat semnificativ mai departe decât cele nemutate și s-au ciocnit unele de altele mai frecvent, fuzionând și crescând ca urmare.
Vacuolele acționează, de asemenea, ca compartimente interne de stocare. Ele preiau molecule mici și pot stoca acest material în interiorul lor. Mutageneza oferă astfel o nouă arhitectură și noi funcții care ar fi foarte greu de proiectat și construit de la zero, subliniază dr. Kerstin Göpfrich.
În cadrul Clusterului de Excelență SynthImmune al Universității din Heidelberg, cercetătorii își propun să valorifice acest proces de mutație și selecție pentru a genera funcții moleculare din componente sintetice minimale. În viitor, ei doresc să folosească acest instrument pentru a dezvolta efectori imuni sintetici capabili să dezvolte singuri funcții imune specifice.
