„Umělá buňka“ není větší než poštovní známka a na první pohled se podobá počítačovému čipu. Skládá se z vrstviček plastů propletených předivem jemných kanálků a komůrek. Těmi kolují nepatrná množství roztoků nejrůznějších chemikálií, jež se vzájemně mísí a spouštějí pestrou škálu biochemických reakcí. Napodobují tak procesy probíhající v živé buňce.
Ještě nedávno potřebovali vysoce kvalifikovaní biochemici pro stejné úkoly rozlehlé laboratoře plné nejrůznějších aparatur. Teď lze totéž provést doslova na dlani.
„Stačí nám roztoky o objemu jen několika desítek nanolitrů,“ říká vedoucí týmu David Kong v rozhovoru pro populárně-vědecký časopis New Scientist. „Jednotlivé dílky z plastu v sobě mají různě drážky o rozměrech a tvarech, jaké potřebujeme pro jejich uspořádání do miniaturních reakčních komůrek, kanálků a ventilů. Ke stavbě poměrně komplikovaných zařízení nám stačí pár základních typů plastových dílů.“
Kongův tým nejprve sestrojil čip, na němž bylo možno syntetizovat geny. Poté vytvořil čip pro syntézu bílkovin. Na sanfranciském kongresu představil zcela nový čip, který spojuje obě zařízení do jednoho. Gen je syntetizován podle předem připraveného plánu z kratších úseků DNA. Jakmile je gen hotov, čip jej mnohonásobně pomnoží a pořídí velký počet jeho dokonalých kopií.
Geny tvořené dvojitou šroubovicí DNA musí čip přepsat do jednoduché šroubovice ribonukleové kyseliny. K těmto molekulám pak čip napumpuje vše potřebné pro syntézu proteinů. Vedle základních stavebních kamenů každé bílkoviny – aminokyselin – dodává čip do reakce i enzymy, které příslušné biochemické reakce katalyzují.
V buňce probíhá tvorba bílkovinného řetězce z aminokyselin na komplikovaných útvarech, zvaných ribozomy. Ty čip zatím nahradit neumí, a proto jsou do reakčních komůrek dodávány ribozomy izolované z bakterií.
Funkčnost čipu ověřil Kongův tým syntézou genu mořské medúzy, podle kterého se vytváří zvláštní fluoreskující bílkovina. Medúza díky ní září zeleným světlem. Stejné světlo zazářilo v komůrce čipu poté, co umělá buňka dokončila svou práci.
„Hned jsme viděli, že se vytvořila normálně fluoreskující bílkovina. Věděli jsme, že všechno proběhlo tak, jak mělo, a čip funguje,“ řekl Kong.
Vědci chtějí s pomocí umělé buňky vytvářet bílkoviny, jaké se nikde v přírodě nevyskytují. Mohly by nám posloužit například k léčbě rakoviny. „Začali bychom s dědičnou informací pacienta. Naprogramovali bychom ji do umělé buňky a ta by provedla sérii simulací. Jejich výsledky by nám ukázaly, jak by syntetizovaná bílkovina reagovala na pacientovy rakovinné buňky,“ vysvětluje Kong.
Vědci z Massachusetts Institute of Technology už pracují na čipech, v kterých poběží nezávisle stovky a tisíce syntéz. Velkým lákadlem je cena bílkovin získaných z umělé buňky. Jsou tisíckrát levnější než tytéž bílkoviny vyrobené v tradiční biochemické laboratoři.
Ještě nedávno potřebovali vysoce kvalifikovaní biochemici pro stejné úkoly rozlehlé laboratoře plné nejrůznějších aparatur. Teď lze totéž provést doslova na dlani.
„Stačí nám roztoky o objemu jen několika desítek nanolitrů,“ říká vedoucí týmu David Kong v rozhovoru pro populárně-vědecký časopis New Scientist. „Jednotlivé dílky z plastu v sobě mají různě drážky o rozměrech a tvarech, jaké potřebujeme pro jejich uspořádání do miniaturních reakčních komůrek, kanálků a ventilů. Ke stavbě poměrně komplikovaných zařízení nám stačí pár základních typů plastových dílů.“
Kongův tým nejprve sestrojil čip, na němž bylo možno syntetizovat geny. Poté vytvořil čip pro syntézu bílkovin. Na sanfranciském kongresu představil zcela nový čip, který spojuje obě zařízení do jednoho. Gen je syntetizován podle předem připraveného plánu z kratších úseků DNA. Jakmile je gen hotov, čip jej mnohonásobně pomnoží a pořídí velký počet jeho dokonalých kopií.
Geny tvořené dvojitou šroubovicí DNA musí čip přepsat do jednoduché šroubovice ribonukleové kyseliny. K těmto molekulám pak čip napumpuje vše potřebné pro syntézu proteinů. Vedle základních stavebních kamenů každé bílkoviny – aminokyselin – dodává čip do reakce i enzymy, které příslušné biochemické reakce katalyzují.
V buňce probíhá tvorba bílkovinného řetězce z aminokyselin na komplikovaných útvarech, zvaných ribozomy. Ty čip zatím nahradit neumí, a proto jsou do reakčních komůrek dodávány ribozomy izolované z bakterií.
Funkčnost čipu ověřil Kongův tým syntézou genu mořské medúzy, podle kterého se vytváří zvláštní fluoreskující bílkovina. Medúza díky ní září zeleným světlem. Stejné světlo zazářilo v komůrce čipu poté, co umělá buňka dokončila svou práci.
„Hned jsme viděli, že se vytvořila normálně fluoreskující bílkovina. Věděli jsme, že všechno proběhlo tak, jak mělo, a čip funguje,“ řekl Kong.
Vědci chtějí s pomocí umělé buňky vytvářet bílkoviny, jaké se nikde v přírodě nevyskytují. Mohly by nám posloužit například k léčbě rakoviny. „Začali bychom s dědičnou informací pacienta. Naprogramovali bychom ji do umělé buňky a ta by provedla sérii simulací. Jejich výsledky by nám ukázaly, jak by syntetizovaná bílkovina reagovala na pacientovy rakovinné buňky,“ vysvětluje Kong.
Vědci z Massachusetts Institute of Technology už pracují na čipech, v kterých poběží nezávisle stovky a tisíce syntéz. Velkým lákadlem je cena bílkovin získaných z umělé buňky. Jsou tisíckrát levnější než tytéž bílkoviny vyrobené v tradiční biochemické laboratoři.
