“Potremmo sviluppare cellule sintetiche che producono molecole autonomamente. Ciò aprirebbe la strada alla creazione di organismi o biomateriali completamente nuovi”.
La produzione di energia in natura è responsabilità dei cloroplasti e dei mitocondri ed è fondamentale per fabbricare cellule sintetiche sostenibili in laboratorio.
I mitocondri non sono solo “le centrali elettriche della cellula”, come dice l’adagio della biologia della scuola media, ma anche uno dei componenti intracellulari più complessi da replicare artificialmente.
In Biophysics Reviews, di AIP Publishing, i ricercatori dell’Università di Sogang in Corea del Sud e dell’Harbin Institute of Technology in Cina hanno identificato i progressi più promettenti e le maggiori sfide dei mitocondri artificiali e dei cloroplasti.
“Se gli scienziati possono creare mitocondri artificiali e cloroplasti, potremmo potenzialmente sviluppare cellule sintetiche in grado di generare energia e sintetizzare molecole autonomamente. Ciò aprirebbe la strada alla creazione di organismi o biomateriali completamente nuovi”, ha detto l’autore Kwanwoo Shin.
Nelle piante, i cloroplasti usano la luce solare per convertire l’acqua e l’anidride carbonica in glucosio. I mitocondri, che si trovano nelle piante e negli animali, producono energia abbattendo il glucosio.
Una volta che una cellula produce energia, spesso utilizza una molecola chiamata adenosina trifosfato (ATP) per immagazzinare e trasferire tale energia.
Quando la cellula rompe l’ATP, rilascia energia che alimenta le funzioni della cellula.
“In altre parole, l’ATP agisce come la principale valuta energetica della cellula, ed è vitale per la cellula svolgere la maggior parte delle funzioni cellulari”, ha detto Shin.
Il team descrive i componenti necessari per costruire mitocondri sintetici e cloroplasti e identifica le proteine come gli aspetti più importanti per i macchinari molecolari rotanti, il trasporto di protoni e la produzione di ATP.
Studi precedenti hanno replicato i componenti che compongono gli organelli che producono energia.
Alcuni dei lavori più promettenti indagano le operazioni intermedie coinvolte nel complesso processo di generazione di energia.
Collegando la sequenza di proteine ed enzimi, i ricercatori hanno migliorato l’efficienza energetica.
Una delle sfide più significative che rimangono nel tentativo di ricostruire gli organelli di produzione di energia è consentire l’autoadattamento in ambienti mutevoli per mantenere una fornitura stabile di ATP.
Studi futuri devono indagare su come migliorare questa caratteristica limitante prima che le cellule sintetiche siano autosufficienti.
Gli autori ritengono che sia importante creare cellule artificiali con metodi di generazione di energia biologicamente realistici che imitino i processi naturali.
La replicazione dell’intera cellula potrebbe portare a biomateriali futuri e fornire informazioni sul passato.
“Questa potrebbe essere una pietra miliare importante nella comprensione dell’origine della vita e dell’origine delle cellule”, ha detto Shin.
Immagine: Biological Interface Group, Sogang University.