Nhà máy điện của tương lai: Các tế bào nhân tạo

Các nhà nghiên cứu ở trường đại học Sogang Hàn Quốc và Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân Trung Quốc China mới phát hiện ra một tiên tiến hứa hẹn nhất nhưng cũng thách thức bậc nhất của ti thể và lục lạp nhân tạo. Bài báo “Artificial organelles for sustainable chemical energy conversion and production: Artificial mitochondria and chloroplasts” được xuất bản trên tạp chí Biophysics Reviews ¹.

“Nếu các nhà khoa học có thể tạo ra các ti thể và lục lạp nhân tạo, chúng tôi có thể có tiềm năng phát triển các tế bào tổng hợp có thể tạo ra năng lượng và tổng hợp các phân tử một cách tự động. Điều này có thể dẫn đến việc tạo ra toàn bộ các cơ quan mới hoặc vật liệu mới”, Kwanwoo Shin, tác giả của nghiên cứu nói.

Ở cây trồng, lục nạp sử dụng ánh sáng để chuyển đổi nước và carbon dioxide thành đường. Ti thể, có trong thực vật và động vật, tạo ra năng lượng bằng việc phá vỡ đường. Khi một tế bào tạo ra năng lượng, nó thường sử dụng một phân tử gọi là adenosine triphosphate (ATP) để lưu trữ và vận chuyển năng lượng đó. Khi tế bào này phá vỡ ATP, nó phát năng lượng để cung cấp nó cho các chức năng của tế bào. “Nói cách khác, ATP đóng vai trò như dòng điện chính của tế bào và nó là sự sống còn để tế bào thực hiện các chức năng của mình”, Shin nói.

Nhóm nghiên cứu đã miêu tả các hợp phần cần thiết để cấu trúc nên ti thể và lục lạp tổng hợp, nhận diện các protein như những khía cạnh quan trọng nhất cho cỗ máy phân tử vận chuyển proton, sản xuất ATP.

Những nghiên cứu trước đã sao chép các hợp phần tạo ra các cơ quan sản xuất năng lượng này. Một số công trình hứa hẹn tìm hiểu về các vận hành trung gian trong quá trình tạo năng lượng. Bằng việc kết nối chuỗi protein và enzyme, các nhà nghiên cứu đã cải thiện được mức độ hiệu quả năng lượng.

Một trong những thách thức đáng kể nhất vẫn tồn tại là cố gắng tái cấu trúc việc sản xuất năng lượng của các hạt cơ quan là cho phép tự thích ứng trong những thay đổi môi trường để duy trì chuỗi cung cấp APT bền vững. Các nghiên cứu tương lai cần phải tìm hiểu về cách cái thiện những giới hạn đặc trưng trước khi các tế bào tổng hợp có thể tự duy trì.

Các nhà nghiên cứu tin, đây là điều quan trọng để tạo ra các tế bào nhân tạo với các phương pháp bắt chước được các quá trình tự nhiên để tạo năng lượng thực về mặt sinh học. Việc tái tạo toàn bộ tế bào có thể dẫn đến việc tạo ra các vật liệu sinh học trong tương lai và dẫn đến khả năng nhìn vào quá khứ.

“Điều này có thể là một cột mốc quan trọng để hiểu nguồn gốc của sự sống và nguồn gốc của tế bào”, Shin nói.

Vũ Nhàn tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2023-03-powerhouse-future-artificial-cells.html

https://www.lifetechnology.com/blogs/life-technology-science-news/the-powerhouse-of-the-future-artificial-cells

———————————

1. https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0131071