La création de systèmes cellulaires vivants synthétiques est généralement approchée à partir de deux directions différentes. Dans la méthode descendante, le génome d'une bactérie est réduit à ses composants essentiels, conduisant finalement à une cellule minimale. Dans l'approche ascendante, les cellules artificielles sont assemblées de novo à partir de composants moléculaires ou de sous-systèmes cellulaires, qui doivent être intégrés fonctionnellement dans un système cellulaire cohérent.
Dans l'approche de novo, la compartimentation des composants biochimiques nécessaires est généralement réalisée à l'aide de membranes faites de phospholipides ou d'acides gras1,2,3,4. C'est parce que les membranes cellulaires "modernes" se composent principalement de phospholipides, tandis que les acides gras sont considérés comme des candidats plausibles des enceintes de membrane prébiotique5,6. Pour la formation de nouvelles membranes ou pour faciliter la croissance des membranes, les blocs de construction amphiphiles doivent être fournis à partir de l'extérieur7 ou idéalement par la production dans un compartiment membranaire en utilisant les processus anabolisants correspondants4 ,8.
Tandis que la synthèse de lipide est un processus métabolique relativement complexe, les peptides peuvent être produits tout à fait facilement utilisant des réactions d'expression de gène cell-libres9,10. Par conséquent, les membranes peptidiques formées par les peptides amphiphiles représentent une alternative intéressante aux membranes lipidiques comme enclos pour les imitations de cellules artificielles qui sont capables de se développer11.
Les copolymères de di-bloc d'élastine amphiphiles (PEL) sont une classe attrayante de peptides, qui peuvent servir de bloc de construction pour de telles membranes12. Le motif de base de séquence d'acide aminé des PEL est (GaGVP)n, où "a" peut être n'importe quel acide aminé excepté la proline et « n » est le nombre de répétitions de motif13,14,15,16,17 . Les PEL ont été créés avec un bloc hydrophobe contenant principalement de la phénylalanine pour un bloc hydrophile et principalement composé d'acide glutamique11. Selon les paramètres d'une solution, tels que le pH et la concentration de sel, les PEL présentent une transition de température dite inverse à la température Tt, où les peptides subissent une transition de phase entièrement réversible d'un hydrophile à l'hydrophobe état. La synthèse des peptides peut être facilement mis en œuvre à l'intérieur des vésicules à l'aide de l'extrait de cellules bactériennes "TX-TL"11,18,19,20,21, qui fournit tous les composants nécessaires pour les réactions couplées de transcription et de traduction.
Le système TX-TL a été encapsulé ensemble, avec le modèle d'ADN codant les PEL en vésicules ELP en utilisant la déshydratation-réhydratation des perles de verre comme un soutien solide. La formation de vésicules se produit par la réhydratation des peptides séchés de la surface de perle11. D'autres méthodes22 pour la formation de vésicules peuvent être utilisées, qui peuvent potentiellement montrer une polydispersity plus faible et de plus grandes tailles de vésicule (par exemple, électro-formation, transfert de phase d'émulsion, ou méthodes microfluidiques). Pour tester la viabilité de la méthode d'encapsulation, la transcription de l'aptamer fluorogénique dBroccoli23 peut alternativement être utilisée11, ce qui est moins complexe que l'expression génique avec le système TX-TL.
En raison de l'expression des blocs de construction de membrane dans vesiculo et de leur incorporation ultérieure dans la membrane, les vésicules commencent à se développer11. L'incorporation de membrane des PEL peut être démontrée par un analyse FRET. À cette fin, les PEL utilisés pour la formation de la population initiale de vésicules sont conjugués avec des colorants fluorescents en parts égales constituant une paire FRET. Lors de l'expression des PEL non étiquetés en vesiculo et de leur incorporation dans la membrane, les PEL étiquetés dans la membrane sont dilués et, par conséquent, le signal FRET diminuede 11. Comme méthode polyvalente et commune pour la conjugaison, le cuivre catalysé azide-alkyne cycloaddition est utilisé. Avec l'utilisation d'un ligand stabilisateur tel que tris (benzyltriazolylmethyl)-amine, la réaction peut être effectuée dans une solution aqueuse à un pH physiologique sans l'hydrolyse des réactifs11, ce qui est approprié pour les réactions de conjugaison peptides.
Le protocole suivant présente une description détaillée de la préparation pour la croissance des peptidosomes à base de PEL. L'expression des peptides et de la formation de vésicule utilisant la méthode de perles de verre sont décrites. En outre, il est décrit comment mettre en œuvre la transcription de l'aptamer fluorogénique dBroccoli et la réaction de transcription-traduction pour l'expression de protéine à l'intérieur des vésicules d'ELP. Enfin, à condition est une procédure pour la conjugaison des PEL avec des fluorophores, qui peut être utilisé pour prouver la croissance de la vésicule par un test FRET11.