مفهوم البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا الاصطناعية داخل الجسيم الشحمي لتوليد الطاقة ذاتية الاستدامة من خلال التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي. الائتمان: مجموعة الواجهة البيولوجية ، جامعة سوغانغ
تقييم كيف يمكن للعضيات الاصطناعية المولدة للطاقة أن تحافظ على الخلايا الاصطناعية.
قام الباحثون بتقييم التقدم والتحديات في إنشاء الميتوكوندريا الاصطناعية والبلاستيدات الخضراء لإنتاج الطاقة في الخلايا الاصطناعية. يمكن لهذه العضيات الاصطناعية أن تمكن من تطوير كائنات جديدة أو مواد حيوية. حدد الباحثون البروتينات على أنها أهم المكونات للآلات الجزيئية الدوارة ، ونقل البروتون ، وإنتاج ATP ، والتي تعمل بمثابة عملة الطاقة الأولية للخلية.
تقع مسؤولية إنتاج الطاقة في الطبيعة على البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا وهي ضرورية لتصنيع خلايا اصطناعية مستدامة في المختبر. الميتوكوندريا ليست فقط “قوى الخلية” ، كما يقول المثل في البيولوجيا للمدرسة الإعدادية ، ولكنها أيضًا واحدة من أكثر المكونات داخل الخلايا تعقيدًا للتكاثر الاصطناعي.
في مراجعات الفيزياء الحيويةمن قبل AIP Publishing ، حدد باحثون من جامعة سوغانغ في كوريا الجنوبية ومعهد هاربين للتكنولوجيا في الصين التطورات الواعدة وأكبر التحديات للميتوكوندريا الاصطناعية والبلاستيدات الخضراء.
“يمكن أن يكون هذا معلمًا مهمًا في فهم أصل الحياة وأصل الخلايا.” – كوانوو شين
“إذا تمكن العلماء من إنشاء ميتوكوندريا وبلاستيدات خضراء اصطناعية ، فيمكننا تطوير خلايا اصطناعية يمكنها توليد الطاقة وتصنيع الجزيئات بشكل مستقل. وقال المؤلف كوانو شين إن هذا من شأنه أن يمهد الطريق لخلق كائنات جديدة تمامًا أو مواد حيوية.
في النباتات ، تستخدم البلاستيدات الخضراء ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز. تنتج الميتوكوندريا ، الموجودة في النباتات والحيوانات على حد سواء ، الطاقة عن طريق تكسير الجلوكوز.
بمجرد أن تنتج الخلية الطاقة ، فإنها غالبًا ما تستخدم جزيءًا يسمى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) لتخزين هذه الطاقة ونقلها. عندما تكسر الخلية ATP ، فإنها تطلق الطاقة التي تشغل وظائف الخلية.
قال شين: “بعبارة أخرى ، يعمل ATP باعتباره عملة الطاقة الرئيسية للخلية ، وهو أمر حيوي للخلية لأداء معظم الوظائف الخلوية”.
يصف الفريق المكونات المطلوبة لبناء الميتوكوندريا الاصطناعية والبلاستيدات الخضراء ويحدد البروتينات باعتبارها أهم جوانب الآلات الدوارة الجزيئية ، ونقل البروتون ، وإنتاج ATP.
قامت الدراسات السابقة بتكرار المكونات التي تشكل العضيات المنتجة للطاقة. يدرس بعض من أكثر الأعمال الواعدة العمليات الوسيطة التي تنطوي عليها عملية توليد الطاقة المعقدة. من خلال ربط تسلسل البروتينات والإنزيمات ، قام الباحثون بتحسين كفاءة الطاقة.
أحد أهم التحديات المتبقية في محاولة إعادة بناء عضيات إنتاج الطاقة هو تمكين التكيف الذاتي في البيئات المتغيرة للحفاظ على إمدادات مستقرة من ATP. يجب أن تبحث الدراسات المستقبلية في كيفية تحسين هذه الميزة المحدودة قبل أن تصبح الخلايا الاصطناعية ذاتية الاستدامة.
يعتقد المؤلفون أنه من المهم إنشاء خلايا اصطناعية بأساليب توليد طاقة واقعية بيولوجيًا تحاكي العمليات الطبيعية. يمكن أن يؤدي تكرار الخلية بأكملها إلى مواد حيوية مستقبلية وإلقاء نظرة ثاقبة على الماضي.
قال شين: “يمكن أن يكون هذا معلما هاما في فهم أصل الحياة وأصل الخلايا”.
المرجع: “العضيات الاصطناعية لتحويل الطاقة الكيميائية المستدامة وإنتاجها في الخلايا الاصطناعية: الميتوكوندريا الاصطناعية والبلاستيدات الخضراء” بقلم هيون بارك ، ويتشين وانغ ، وسيو هيون مين ، ويونغشو رين ، وكوانو شين وشياوجون هان ، 28 مارس 2023 ، الفيزياء الحيوية.
DOI: 10.1063 / 5.0131071
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”