Proizvodnja energije u prirodi je odgovornost hloroplasta i mitohondrija i ključna je za proizvodnju održivih, sintetičkih ćelija u laboratoriji. Mitohondrije nisu samo „elektrane ćelije“, kako kaže izreka iz srednje škole iz biologije, već i jedna od najsloženijih intracelularnih komponenti koje se veštački repliciraju.
Istraživači sa Univerziteta Sogang u Južnoj Koreji i Tehnološkog instituta Harbin u Kini identifikovali su napredak koji najviše obećava i najveće izazove veštačkih mitohondrija i hloroplasta. Članak „Veštačke organele za održivu hemijsku konverziju i proizvodnju energije: veštačke mitohondrije i hloroplasti“ objavljen je u Biophisics Revievs.
„Ako naučnici mogu da stvore veštačke mitohondrije i hloroplaste, potencijalno bismo mogli da razvijemo sintetičke ćelije koje mogu da generišu energiju i autonomno sintetišu molekule. Ovo bi otvorilo put za stvaranje potpuno novih organizama ili biomaterijala“, rekao je autor Kvanvu Šin.
U biljkama, hloroplasti koriste sunčevu svetlost za pretvaranje vode i ugljen-dioksida u glukozu. Mitohondrije, koje se nalaze u biljkama i životinjama, proizvode energiju razlaganjem glukoze.
Jednom kada ćelija proizvede energiju, često koristi molekul koji se zove adenozin trifosfat (ATP) za skladištenje i prenos te energije. Kada ćelija razgradi ATP, ona oslobađa energiju koja pokreće ćelijske funkcije.
„Drugim rečima, ATP deluje kao glavna energetska valuta ćelije i od vitalnog je značaja za ćeliju da obavlja većinu ćelijskih funkcija“, rekao je Šin.
Tim opisuje komponente potrebne za izgradnju sintetičkih mitohondrija i hloroplasta i identifikuje proteine kao najvažnije aspekte za molekularne rotacione mašine, transport protona i proizvodnju ATP-a.
Prethodne studije su replicirale komponente koje čine organele koje proizvode energiju. Neki od najperspektivnijih radova istražuju međuoperacije uključene u složeni proces proizvodnje energije. Povezujući niz proteina i enzima, istraživači su poboljšali energetsku efikasnost.
Jedan od najznačajnijih izazova koji ostaje u pokušaju da se rekonstruišu organele za proizvodnju energije je omogućavanje samoprilagođavanja u promenljivom okruženju kako bi se održalo stabilno snabdevanje ATP-om. Buduće studije moraju istražiti kako poboljšati ovu ograničavajuću osobinu pre nego što sintetičke ćelije budu samoodržive.
Autori smatraju da je važno stvoriti veštačke ćelije sa biološki realističnim metodama generisanja energije koje oponašaju prirodne procese. Replikacija cele ćelije mogla bi dovesti do budućih biomaterijala i dati uvid u prošlost.
„Ovo bi mogla biti važna prekretnica u razumevanju porekla života i porekla ćelija“, rekao je Šin.
