Imagens de microscopia óptica (superior) e de fluorescência (inferior) de uma comunidade de protocélulas mostrando quatro tipos de protocélulas produzidos espontaneamente em um gradiente químico de interseção. Dois morfógenos artificiais diferentes são injetados dos lados esquerdo e direito da matriz ao longo do eixo x para gerar um gradiente oposto que se traduz em diferentes mudanças na forma, composição e fluorescência nas protocélulas. As etiquetas para os tipos de mudança de forma são mostradas na linha superior. Crédito:University of Bristol
Inspirado nos processos de diferenciação celular observados na biologia do desenvolvimento, uma equipe interdisciplinar de pesquisadores da Universidade de Bristol demonstrou uma nova abordagem espontânea para construir comunidades de entidades semelhantes a células (protocélulas) usando gradientes químicos.
Em um novo estudo publicado hoje na revista Nature Communications , Professor Stephen Mann da Escola de Química de Bristol, junto com colegas Dr. Liangfei Tian, Dra. Mei Li, e o Dr. Avinash Patil no Bristol Center for Protolife Research, e o professor Bruce Drinkwater, da Faculdade de Engenharia, usou um gradiente químico para transformar uma população uniforme de pequenas gotículas em uma comunidade diversificada de células artificiais.
A equipe usou ondas ultrassônicas para criar fileiras regulares de milhares de gotículas contendo a molécula de armazenamento de energia ATP. Eles então permitiram que moléculas que mudavam de forma (morfógenos artificiais) se difundissem em uma direção através da população.
À medida que os morfógenos entram em contato com as gotículas, as gotículas transformadas fileira por fileira em protocélulas delimitadas por membrana com diferentes formas, composições químicas e atividades enzimáticas. A forma como as gotículas mudaram dependia da concentração local de morfogênio no gradiente químico em avanço.
Ondas de diferenciação foram vistas viajando pela população, deixando um padrão de protocélulas diferenciadas de tal forma que uma comunidade complexa e ordenada emergiu espontaneamente da população homogênea.
O professor Mann disse:"Este trabalho abre um novo horizonte na pesquisa de protocélulas porque destaca as oportunidades para a construção espontânea de comunidades de protocélulas com estrutura e funcionalidade graduadas.
"Embora a pesquisa esteja apenas começando, os resultados fornecem um passo em direção ao desenvolvimento de plataformas de células artificiais para detecção química e monitoramento sob condições de não equilíbrio (baseadas em fluxo). "
O Dr. Tian acrescentou:"Como protocélulas baseadas em gotículas foram propostas como progenitoras plausíveis para protocélulas delimitadas por membrana na Terra primitiva, nosso trabalho pode ter implicações para as teorias contemporâneas sobre a origem da vida.
"Em particular, como gradientes químicos produzem diversidade de protocélulas a partir de populações uniformes, talvez um mecanismo semelhante foi responsável pelo surgimento da complexidade funcional em antigos sistemas proto-vivos. "
