Синтез нанокристаллов из связанных пространственно-временных живых клеток

Синтез нанокристаллов из связанных пространственно-временных живых клеток

В течение последнего десятилетия клетка использовалась как мощный инструмент для выполнения внезапных задач с помощью искусственного регулирования.

<img alt=" Новая концепция синтеза нанокристаллов связанными пространственно-временными живыми клетками. "Src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38216_16357724987823945.jpg "width =" 700 height = "587" />
В случае синтеза квантовых точек CdSe в живых клетках важно производить как реактивные Se-, так и Cd-содержащие предшественники в нужном внутриклеточном месте и в определенный момент времени, модулируя внутриклеточный восстановительный метаболизм селенита натрия и детоксикацию иона кадмия. . Изображение предоставлено: © Science China Press.

Клетка обладает способностью функционировать как потенциальная химическая фабрика, при условии, что несколько реактивных промежуточных продуктов, образующихся в продвинутых метаболических процессах, и тонкий окислительно-восстановительный баланс, способствующий клеточному гомеостазу.

Но даже сейчас считается трудным управлять такими реакциями и путями для синтеза предпочтительных продуктов, поскольку они естественным образом существуют в различных пространственно-временных измерениях внутри клетки. Группа профессора Дай-Вэнь Пана предложила концепцию так называемого «пространственно-временного синтеза нанокристаллов живыми клетками»

.

Он специально синтезирует нанокристаллы, точно и намеренно сочетая ряд внутриклеточных окислительно-восстановительных реакций и метаболических путей в подходящей пространственной и временной последовательности в живых клетках.

Возьмем дрожжевые клетки в качестве примера, флуоресцентные полупроводниковые квантовые точки (КТ) CdSe с настраиваемой длиной волны излучения могут быть синтезированы путем объединения внутриклеточного восстановительного метаболизма селенита натрия (Na 2 SeO 3 ]) с активированной детоксикацией иона кадмия (Cd 2+) .

Путем правильного манипулирования метаболическими путями глутатиона можно значительно увеличить выход квантовых точек, что указывает на решающую роль глутатиона в генерации нанокристаллов CdSe.

Этот привлекательный план синтеза нанокристаллов живыми клетками теперь распространен на клетки млекопитающих и бактериальные клетки. Примечательно, что микровезикулы клеточного происхождения также могут быть эффективно помечены in situ вместе с синтезируемыми внутриклеточно КТ.

Благодаря своим превосходным флуоресцентным свойствам, присущему высокому коэффициенту экстинкции и биосовместимости, КТ, синтезированные внутриклеточно, и клетки, содержащие КТ, были успешно преобразованы в нанобиозонды для биодетекции, имеющие реле электронов и энергии в искусственном фотосинтезе. система также находится в стадии производства.

Вдохновленные вышеупомянутыми механизмами, были разработаны так называемые бесклеточные системы квазибиосинтеза, которые имитируют внутриклеточные реакции, для изготовления ряда нанокристаллов в мягких условиях, таких как наночастицы сплава, наночастицы благородных металлов, флуоресцентные и функционализированные КТ, а также другие неорганические нанокристаллы.

Этот универсальный квазибиосинтез имеет тенденцию быть очень гибким и разнообразным, что дополнительно укрепило методологию биосинтеза.

Живая клетка, известная как резервуар биохимических реакций, имеет потенциал действовать как удивительный комбинированный химический завод, где зарождение и рост нанокристаллов, формирование предшественников и функциональная сборка могут быть выполнены с помощью искусственного программирования. Но нынешний искусственно регулируемый синтез просто использует верхушку айсберга метаболических путей.

Мы надеемся заинтриговать большее количество исследователей, чтобы изучить новые стратегии и механизмы для производства разнообразных многофункциональных кристаллов и даже сложных гетеронаноструктур. Предложенная нами концепция позволит исследователям лучше использовать непредвиденные возможности живых клеток, открыть новое окно в области синтетической биологии и пролить свет на междисциплинарные исследования биологии, химии и медицины .

Дай-Вэнь Пан, химический колледж Нанкайского университета

Ссылка на журнал:

Liu, A.-A., и др. . (2021) Искусственно-регулируемый синтез нанокристаллов в живых клетках. Национальное научное обозрение . doi.org/10.1093/nsr/nwab162.

Источник: https://www.scichina.com/[19459009visible

Source link