Die medisyne van die toekoms kan kunsmatige lewensvorme wees

Medeprofessor Chenguang Lou van die Departement Fisika, Chemie en Farmasie, Universiteit van Suid-Denemarke, saam met professor Hanbin Mao van Kent State University, is die ouer van 'n spesiale kunsmatige hibriede molekule wat tot die skepping van kunsmatige lewensvorme kan lei. Hulle het nou 'n resensie in die joernaal Cell Reports Physical Science gepubliseer oor die stand van navorsing in die veld agter hul skepping. Die veld word "hibriede peptied-DNA-nanostrukture" genoem, en dit is 'n opkomende veld, minder as tien jaar oud.

Lou se visie is om virale entstowwe (gewysigde en verswakte weergawes van 'n virus) en kunsmatige lewensvorme te skep wat vir die diagnose en behandeling van siektes gebruik kan word.

"In die natuur het die meeste organismes natuurlike vyande, maar sommige nie. Sommige siekteveroorsakende virusse het byvoorbeeld geen natuurlike vyand nie. Dit sal 'n logiese stap wees om 'n kunsmatige lewensvorm te skep wat 'n vyand vir hulle kan word," het hy sê.

Net so beoog hy dat sulke kunsmatige lewensvorme as entstowwe teen virusinfeksie kan optree en as nanorobotte of nanomasjiene gebruik kan word wat met medikasie of diagnostiese elemente gelaai is en in 'n pasiënt se liggaam ingestuur word.

"'n Kunsmatige virale entstof is dalk so 10 jaar weg. 'n Kunsmatige sel, aan die ander kant, is op die horison, want dit bestaan ​​uit baie elemente wat beheer moet word voordat ons daarmee kan begin bou. Maar met die kennis wat ons het. , daar is in beginsel geen hindernis om kunsmatige sellulêre organismes in die toekoms te produseer nie,” sê hy.

Wat is die boustene wat Lou en sy kollegas in hierdie veld sal gebruik om virale entstowwe en kunsmatige lewe te skep? DNS en peptiede is van die belangrikste biomolekules in die natuur, wat DNS-tegnologie en peptiedtegnologie vandag die twee kragtigste molekulêre gereedskap in die nanotegnologiese gereedskapstel maak. DNS-tegnologie verskaf presiese beheer oor programmering, van die atoomvlak tot die makrovlak, maar dit kan slegs beperkte chemiese funksies verskaf aangesien dit net vier basisse het: A, C, G en T. Peptiedtegnologie, aan die ander kant, kan voorsien voldoende chemiese funksies op groot skaal, aangesien daar 20 aminosure is om mee te werk. Die natuur gebruik beide DNS en peptiede om verskeie proteïenfabrieke te bou wat in selle voorkom, wat hulle in staat stel om in organismes te ontwikkel.

Onlangs het Hanbin Mao en Chenguang Lou daarin geslaag om ontwerpte driestring-DNS-strukture met driestring-peptiedstrukture te koppel en sodoende ’n kunsmatige hibriede molekule te skep wat die sterk punte van albei kombineer. Hierdie werk is in 2022 in Nature Communications gepubliseer.

Elders in die wêreld werk ander navorsers ook daaraan om DNS en peptiede te verbind omdat hierdie verbinding 'n sterk grondslag vorm vir die ontwikkeling van meer gevorderde biologiese entiteite en lewensvorme.

Aan die Universiteit van Oxford het navorsers daarin geslaag om 'n nanomasjien te bou wat gemaak is van DNA en peptiede wat deur 'n selmembraan kan boor en 'n kunsmatige membraankanaal skep waardeur klein molekules kan beweeg. (Spruijt et al., Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 739-745)

By die Arizona State University het Nicholas Stephanopoulos en kollegas DNA en peptiede in staat gestel om self in 2D- en 3D-strukture saam te stel. (Buchberger et al., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1406-1416)

Aan die Noordwes-Universiteit het navorsers getoon dat mikrovesels kan vorm in samewerking met DNA en peptiede wat self saamstel. DNA en peptiede werk op die nano-vlak, so as die grootteverskille in ag geneem word, is mikrovesels groot. (Freeman et al., Science, 2018, 362, 808-813)

By die Ben-Gurion Universiteit van die Negev het wetenskaplikes hibriede molekules gebruik om 'n ui-agtige sferiese struktuur te skep wat kankermedikasie bevat, wat belofte inhou om in die liggaam gebruik te word om kankergewasse te teiken. (Chotera et al., Chem. Eur. J., 2018, 24, 10128-10135)

"Na my mening is die algehele waarde van al hierdie pogings dat dit gebruik kan word om die samelewing se vermoë om siek mense te diagnoseer en te behandel te verbeter. As ek vorentoe kyk, sal ek nie verbaas wees dat ons eendag arbitrêr hibriede nanomasjiene, virale entstowwe en selfs kunsmatige lewensvorme uit hierdie boustene om die samelewing te help om daardie moeilik-geneesbare siektes te bekamp. Dit sal 'n revolusie in gesondheidsorg wees," sê Chenguang Lou.