Costruzione di reti metaboliche fuori equilibrio in vescicole di dimensioni nanometriche e micrometriche

Nei Paesi Bassi, il consorzio BaSyC mira a costruire cellule sintetiche a partire da componenti molecolari. Il consorzio BaSyC è composto da gruppi di ricerca che spaziano dalla biologia molecolare alla chimica, alla fisica e alle scienze computazionali. L'obiettivo di questo consorzio è quello di creare un sistema autoreplicante in grado di crescere autonomamente per trasmettere informazioni e per dividere.

E attualmente ci concentriamo sulla costruzione di reti molecolari che sono integrate verso sistemi molecolari più complessi. I recenti sviluppi nella biologia sintetica includono l'ingegnerizzazione di moduli per funzioni cellulari, integrandoli in reti complesse per applicazioni in diagnostica, terapia, immunologia sintetica e materiali adattivi. Questo progresso si estende a gruppi in Europa, America e Asia, portando avanti approcci sia dall'alto verso il basso che dal basso verso l'alto alla costruzione di cellule sintetiche.

Le attuali tecnologie nel nostro campo includono l'ingegneria e i metodi evolutivi per costruire e ottimizzare le reti metaboliche. Utilizziamo l'intelligenza artificiale per la selezione molecolare e tecniche biochimiche e biofisiche avanzate per l'isolamento dei componenti e la formazione di reti. Impieghiamo anche la ricostituzione della membrana, l'incapsulamento fisico e la visualizzazione tramite spettroscopia fluorescente e microscopia.

Con l'integrazione dei moduli, il numero di proteine di membrana e di enzimi aumenta enormemente, il che pone dei limiti alle nostre tecnologie di ricostituzione e incapsulamento. L'incapsulamento stocastico diventa un problema con le vescicole di dimensioni inferiori al micron e l'efficienza della formazione di vescicole di dimensioni micrometriche diminuisce quando più proteine di membrana vengono ricostituite nella membrana lipidica. A Groningen, abbiamo sviluppato reti metaboliche per la produzione di ATP e il mantenimento di uno stato di squilibrio attraverso l'alimentazione del substrato e l'esportazione del prodotto.

Inoltre, abbiamo collegato il riciclaggio dell'ATP alla sintesi e all'escrezione dei precursori lipidici, consentendo alle vescicole secondarie di produrre lipidi, il che rappresenta un progresso significativo nel nostro campo.