Des réseaux de protocellules assemblés par des compartiments artificiels de type cellulaire ont été développés pour l'expansion des fonctionnalités d'imitation cellulaire, telles que le traitement du signal, l'expression des protéines, la différenciation morphologique et la récupération d'énergie.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Qiao Yan de l'Institut de chimie de l'Académie chinoise des sciences, le professeur Stephen Mann de l'Université de Bristol et le professeur Yiyang Lin de l'Université de technologie chimique de Pékin a signalé une population binaire de coacervat non miscible. des microgouttelettes qui peuvent s'auto-trier spontanément en réseaux de protocellules interconnectés.

L'étude a été publiée dans Nature Chemistry le 6 novembre.

La superstructure de protocellules auto-assemblées est organisée thermodynamiquement sous la forme de chaînes linéaires et ramifiées avec une séquence alternée de coacervats cristallins liquides et de microgouttelettes non structurées, dans lesquelles les deux gouttelettes non miscibles adhèrent l'une à l'autre. Les réseaux sont des constructions auto-triées pilotées par la minimisation de l'énergie de surface des gouttelettes de coacervat dans un champ de force de retenue généré par les interactions d'adhésion de surface locales.

Ces deux populations de coacervats présentent des structures et un ordre internes distincts, où les gouttelettes de cristaux liquides sont propices à l'absorption sélective des protéines, des polysaccharides, des lipides et de l'ATP. En revanche, les coacervats non structurés formés de polyélectrolytes chargés positivement et de petites molécules sont capables d'enrichir les acides nucléiques. Cette propriété permet aux réseaux de protocellules de localiser spatialement les réactions biochimiques dans des compartiments séparés.

De plus, l'oligonucléotide préchargé dans les coacervats cristallins liquides est transféré dans un domaine homogène adjacent puisque la solubilité de l'oligonucléotide dans les gouttelettes réceptrices est énergétiquement favorisée.

Les chercheurs ont en outre démontré que la reconfiguration topographique du réseau de protocellules pouvait être stimulée par la complexation hôte-invité, la photo-isomérisation et la dissolution induite par le sel.

De plus, ils ont utilisé les réseaux de protocellules pour isoler des oligonucléotides de mélanges contenant des protéines, des polysaccharides, des lipides ou de l'ATP. Les réseaux de protocellules constitués de coacervats modifiés en surface sont capables de restreindre la coalescence des auto-gouttelettes et de s'assembler en superstructures 2D ressemblant à des tissus.

Les superstructures de protocellules basées sur des coacervats représentent une étape vers l'orchestration spontanée de colonies multicellulaires artificielles dotées d'une organisation d'ordre supérieur et de fonctions collectives.

Plus d'informations : Wenjing Mu et al, Ordre superstructural dans les réseaux de protocellules à base de coacervats auto-triés, Nature Chemistry (2023). DOI : 10.1038/s41557-023-01356-1

Informations sur le journal : Chimie naturelle

Fourni par l'Académie chinoise des sciences