Studiuesit në Institutin për Bioinxhinieri të Katalonjës (IBEC) kanë krijuar qelizën artificiale më të thjeshtë në botë, të aftë për navigim kimik, duke migruar drejt substancave specifike ashtu si bëjnë qelizat e gjalla.
Ky përparim, i publikuar në Science Advances, tregon se si flluska mikroskopike mund të programohen për të ndjekur gjurmët kimike. Studimi përshkruan zhvillimin e një “qelize minimale” në formën e një vezikule lipidi që kapsulon enzima dhe mund të shtyhet vetë përmes kemotaksisë.
Transporti qelizor është një aspekt jetik i shumë proceseve biologjike dhe një pikë kyçe në evolucion. Ndër të gjitha llojet e lëvizjes, kemotaksia është një strategji thelbësore që përdoret nga shumë sisteme të gjalla për të lëvizur drejt sinjaleve të dobishme, si p.sh. lëndët ushqyese, ose larg atyre të dëmshme.
“Bakteret e përdorin atë për të gjetur ushqim, qelizat e bardha të gjakut për të arritur te vendet e infeksioneve, dhe madje edhe qelizat e spermës navigojnë drejt vezës përmes kemotaksisë,” shpjegon Bárbara Borges Fernandes, studente doktorature në grupin e Bionikës Molekulare në IBEC, profesore në Fakultetin e Fizikës në Universitetin e Barcelonës dhe autorja e parë e studimit.
“Ajo që na duket veçanërisht magjepsëse është se ky lloj lëvizjeje të drejtuar mund të ndodhë edhe pa makineri komplekse, si flagelat apo rrugët sinjalizuese të ndërlikuara. Duke e riprodhuar këtë në një sistem minimal sintetik, synojmë të zbulojmë parimet bazë që e bëjnë të mundur një lëvizje të tillë,” shton ajo.
Të qenit në gjendje të inxhinierosh një qelizë artificiale mund t’i ndihmojë shkencëtarët të kuptojnë më mirë se si njësi qelizore nxisin evolucionin drejt strukturave më komplekse.
“Këto qeliza sintetike janë si skicat për sistemin e navigimit të natyrës,” thotë autori kryesor, profesori Giuseppe Battaglia, Profesor Kërkimor ICREA në IBEC dhe drejtues i grupit të Bionikës Molekulare. “Ndërto thjesht, kupto thellësisht.”
Lipozomet dhe poret: Anija dhe motorri
Për ta arritur këtë, ekipi studiues analizoi se si vezikulat qelizore lëvizin në gradientet e dy substrateve: glukozës dhe ureës. Ata mbyllën brenda vezikulave lipidike, të quajtura lipozome, enzimat glukozë oksidazë ose ureazë për të kthyer glukozën dhe ureën në produktet përfundimtare përkatëse.
Lipozomet u modifikuan duke shtuar një proteinë porestare të membranës, e cila vepron si kanal që lejon hyrjen e substrateve brenda qelizës sintetike dhe daljen e produkteve të reaksioneve.
Dihet se lëvizja aktive varet nga thyerja e simetrisë. Duke bllokuar enzimat brenda grimcës dhe duke përdorur poret si pika kryesore shkëmbimi, krijohet një diferencë në përqendrimin kimik rreth grimcës. Kjo shkakton rrjedhë të lëngut përgjatë sipërfaqes së vezikulës dhe drejton lëvizjen e saj. Është sikur lipozoma të ishte një anije, dhe pori me enzimën motori dhe sistemi i saj i navigimit.
Nga transporti pasiv tek kemotaksia aktive
Ekipi analizoi lëvizjen e mbi 10,000 vezikulave brenda kanaleve mikrofluidike me gradient glukoze ose ureaze për të kuptuar sjelljen e përgjithshme të popullatës. Ata studiuan trajektoret e vezikulave me numra të ndryshëm pores dhe i krahasuan ato me vezikulat kontrolluese që nuk kishin pore.
“Ne vërejmë se vezikulat kontrolluese lëvizin drejt përqendrimeve më të ulëta të substrateve për shkak të efekteve pasive që nuk janë kemotaksi. Me rritjen e numrit të poreve në vezikula, rritet edhe komponenti kemotaktik. Në fund, kjo e kthen drejtimin e lëvizjes, duke bërë që vezikulat të lëvizin drejt zonave me përqendrime më të larta substrate,” shpjegon Borges.
Këto rezultate janë premtuese nga një perspektivë biokimike, pasi elementët e studiuar janë të pranishëm gjerësisht në strukturën e shumicës së qelizave.
“Shiko një vezikulë teksa lëviz. Shikoje vërtet. Ai flluskë i vogël fsheh sekrete: si qelizat i ‘pëshpëritin’ njëra-tjetrës, si transportojnë ngarkesat e jetës. Por makineria biologjike është e zhurmshme, ka shumë pjesë! Ne e thjeshtojmë. Rindërtojmë të gjithë vallëzimin vetëm me tre gjëra: një mbështjellëse yndyrore, një enzimë dhe një pore,” thotë Battaglia.
“Asnjë komplikim. Dhe menjëherë shfaqen rregullat e fshehta. Kjo është fuqia e biologjisë sintetike: shkul një puzzle deri në kocka, dhe papritmas sheh muzikën brenda rrëmujës. Ajo që dukej e ngatërruar? Kimi e pastër, elegante, që bën më shumë me më pak.”
Studimi u realizua në bashkëpunim me ekipin e José Miguel Rubí në Universitetin e Barcelonës, që bëri parashikimet teorike.
Ai gjithashtu përfitoi nga përfshirja e Institute for Physics of Living Systems dhe Department of Chemistry në University College London, University of Liverpool, Biofisika Institute (CSIC-UPV/EHU) dhe Ikerbasque Foundation for Science.
