Imágenes de microscopía óptica (superior) y de fluorescencia (inferior) de una comunidad de protocélulas que muestran cuatro tipos de protocélulas producidas espontáneamente en un gradiente químico que se cruza. Se inyectan dos morfógenos artificiales diferentes desde los lados izquierdo y derecho de la matriz a lo largo del eje x para generar un gradiente opuesto que se traduce en diferentes cambios de forma, composición y fluorescencia en las protoceldas. Las etiquetas para los tipos de cambio de forma se muestran en la fila superior. Crédito:Universidad de Bristol
Inspirado por los procesos de diferenciación celular observados en la biología del desarrollo, un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de Bristol ha demostrado un nuevo enfoque espontáneo para construir comunidades de entidades similares a células (protocélulas) utilizando gradientes químicos.
En un nuevo estudio publicado hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza , El profesor Stephen Mann de la Escuela de Química de Bristol, junto con sus colegas Dr. Liangfei Tian, Dr. Mei Li, y el Dr. Avinash Patil en el Centro de Bristol para la Investigación de Protolife, y el profesor Bruce Drinkwater de la Facultad de Ingeniería utilizaron un gradiente químico para transformar una población uniforme de pequeñas gotas en una comunidad diversa de células artificiales.
El equipo utilizó por primera vez ondas ultrasónicas para crear filas regulares de miles de gotas que contienen la molécula de almacenamiento de energía ATP. Luego permitieron que las moléculas que cambiaban de forma (morfógenos artificiales) se difundieran en una dirección a través de la población.
Cuando los morfógenos entraron en contacto con las gotas, las gotitas transformaron fila por fila en protocélulas delimitadas por membranas con diferentes formas, composiciones químicas y actividades enzimáticas. La forma en que cambiaban las gotas dependía de la concentración de morfógeno local en el gradiente químico que avanzaba.
Se observó que las ondas de diferenciación viajaban a través de la población, dejando un patrón de protoceldas diferenciadas tal que una comunidad compleja y ordenada emergió espontáneamente de la población homogénea.
El profesor Mann dijo:"Este trabajo abre un nuevo horizonte en la investigación de protocélulas porque destaca las oportunidades para construir espontáneamente comunidades de protocélulas con estructura y funcionalidad graduadas".
"Aunque la investigación recién está comenzando, los resultados proporcionan un paso hacia el desarrollo de plataformas de células artificiales para la detección y el seguimiento químicos en condiciones de no equilibrio (basadas en el flujo) ".
El Dr. Tian agregó:"Dado que las protoceldas basadas en gotas se han propuesto como progenitores plausibles de las protoceldas delimitadas por membranas en la Tierra primitiva, nuestro trabajo podría tener implicaciones para las teorías contemporáneas sobre el origen de la vida.
"En particular, a medida que los gradientes químicos producen diversidad de protoceldas a partir de poblaciones uniformes, tal vez un mecanismo similar fue responsable del surgimiento de la complejidad funcional en los antiguos sistemas proto-vivos ".
