合成細胞 – 未来の力

合成エネルギー産生オルガネラが人工細胞をどのように維持できるかの評価。

研究者は、人工細胞でのエネルギー生産のための人工ミトコンドリアと葉緑体の作成における進歩と課題を評価しました。 これらの人工オルガネラは、新しい生物や生体材料の開発を可能にする可能性があります。 研究者は、細胞の主要なエネルギー通貨として機能する回転分子機構、プロトン輸送、および ATP 生産の最も重要な構成要素としてタンパク質を特定しました。

葉緑体とミトコンドリアは自然界のエネルギー生産を担っており、実験室で持続可能な人工細胞を製造するために不可欠です。 ミトコンドリアは、中学校の生物学でよく言われるように「細胞の発電所」であるだけでなく、人工生殖の最も複雑な細胞内構成要素の 1 つでもあります。

の 生物物理学のレビュー韓国のソガン大学と中国のハルビン工科大学の研究者が、合成ミトコンドリアと葉緑体の最も有望な開発と最大の課題を特定したことを AIP パブリッシングが報告しました。

「もし科学者が人工のミトコンドリアと葉緑体を作ることができれば、私たちは独立してエネルギーを生成し、分子を製造できる人工細胞を開発することができます。これは、まったく新しい生物や生体材料の創造への道を開くでしょう」と著者のKuano Shinは言いました。

植物では、葉緑体は太陽光を利用して水と二酸化炭素をグルコースに変換します。 植物にも動物にもあるミトコンドリアは、ブドウ糖を分解してエネルギーを生み出します。

細胞がエネルギーを生成すると、多くの場合、アデノシン三リン酸 (ATP) と呼ばれる分子を使用して、そのエネルギーを貯蔵および伝達します。 細胞が ATP を分解すると、細胞の機能を強化するエネルギーが放出されます。

「言い換えれば、ATP は細胞の主要なエネルギー通貨として機能し、細胞がほとんどの細胞機能を実行するために不可欠です」と Shen 氏は述べています。

チームは、人工ミトコンドリアと葉緑体を構築するために必要なコンポーネントについて説明し、分子回転機構、プロトン輸送、および ATP 生産の最も重要な側面としてタンパク質を特定します。

以前の研究では、エネルギーを生成するオルガネラを構成するコンポーネントが再現されています。 最も有望な研究のいくつかは、複雑なエネルギー生成プロセスに含まれる中間プロセスを研究しています。 タンパク質と酵素の配列をリンクすることで、研究者はエネルギー効率を改善しました。

エネルギーを生成するオルガネラを再構築しようとする際に残っている最も重要な課題の 1 つは、環境の変化に自己適応して ATP の安定供給を維持できるようにすることです。 今後の研究では、人工細胞が自立できるようになる前に、この限られた利点を改善する方法を調査する必要があります。

著者らは、自然のプロセスを模倣する生物学的に現実的なエネルギー生成方法を備えた人工細胞を作成することが重要であると考えています。 全細胞複製は、将来の生体材料と過去への洞察につながる可能性があります。

「これは、生命の起源と細胞の起源を理解する上で重要なマイルストーンになる可能性があります」とシェンは言いました。

参考文献: 「人工細胞における持続的な化学エネルギー変換と生産のための人工オルガネラ: 合成ミトコンドリアと葉緑体」Hyun Park、Yichen Wang、Seo Hyun-min、Youngcho Ren、Kuanu Shin、Xiaojun Han 著、2023 年 3 月 28 日、こちらから入手可能。 生物物理学.
DOI: 10.1063 / 5.0131071