سلول‌های مصنوعی جدیدی ساخته شده‌اند که می‌توانند همانند سلول‌های واقعی دربرابر نیروهای شیمیایی خارجی پاسخ دهند. این گام هیجان‌انگیز می‌تواند ما را به استفاده از ساختارهای بیولوژیکی مصنوعی در شرایط جهان حقیقی مانند تحویل هدفمند دارو یا پاکسازی آلودگی‌ها نزدیک‌تر کند. طی این مطالعه‌ی اثبات مفهوم، دانشمندان موفق شدند سلول‌های مصنوعی ایجاد کنند که وقتی کلسیم در اطراف آن‌ها حضور داشته باشد، بدرخشند (به‌کمک فلورسنت). این یکی از مهارت‌های بنیادین سلول‌های بیولوژیکی است که از سیگنال‌دهی کلسیم برای ارتباط برقرار کردن استفاده می‌کنند اما در عین حال گامی حیاتی در زمینه‌ی ایجاد سلول‌های مصنوعی با قابلیت برنامه‌ریزی و دستکاری محسوب می‌شود. جیمز هیندلی از کالج سلطنتی لندن می‌گوید:

این سیستم‌ها کاربردهای گسترده‌ای در سرتاسر علم بیوتکنولوژی خواهند داشت. به‌عنوان مثال، ما می‌توانیم تولید نوعی سلول‌ مصنوعی را تصور کنیم که می‌تواند نشانگرهای سرطانی را شناسایی کند و درون بدن یک دارو را بسازد یا سلول‌های مصنوعی که فلزات سنگین خطرناک را در محیط شناسایی و برای پاکسازی آن‌ها مواد خاصی را آزاد کنند.

 

هیندلی و همکارانش برای ایجاد واکنش مورد نظر، سلولی را ساختند که از فضاهای کوچک‌تری به نام وزیکول تشکیل شده است. در سطح غشای لیپیدی سلول، منافذی وجود دارد که به کلسیم اجازه وارد شدن می‌دهد و سپس یون‌های کلسیم آنزیم‌های موجود در وزیکول‌ها را فعال کرده و اثر فلورسنت از خود نشان می‌دهند. اگرچه این ساختار به‌طور کامل با تعاملات پیچیده‌ی بیوشیمیایی که ما در طبیعت می‌بینیم، مطابقت ندارد اما نشان‌دهنده‌ی پتانسیل ساخت سلول‌های مصنوعی و روش‌هایی است که می‌توان برای رسیدن به یک هدف خاص آن‌ها را طراحی کرد؛ شاید حتی کاری که سلول‌های طبیعی نمی‌توانند آن را انجام دهند. هیندلی می‌گوید:

بیولوژی به‌کمک شبکه‌های تنظیمی و متابولیکی پیچیده محکم شده است. این امر می‌تواند ویرایش سلول‌ها را دشوار سازد از آن‌جایی که بسیاری از مسیرهای پاسخ شیمیایی موجود آنقدر پیچیده هستند که نسخه‌برداری یا مهندسی آن‌ها ممکن نیست. ما درعوض، با استفاده از سلول‌های مصنوعی و عناصر حاصل از سیستم‌های طبیعی مختلف برای ساخت مسیرهای کوتاه‌تر و کارآمدتری که همان نتایج را حاصل کنند، نسخه‌ای کوتاه از مسیری را که در طبیعت دیده می‌شود، ایجاد کردیم.

ساده کردن مسیر سلولی علاوه‌بر اینکه موجب می‌شود کار کردن با این سلول‌ها راحت‌تر شود، مزایای دیگری نیز به‌همراه دارد، این کار به‌معنای آن است که در ساخت این سلول‌ها بسیاری از جنبه‌های ناخوشایند طبیعی ازجمله محصولات جانبی که می‌توانند برای سلول سمی باشند، نیازی نیست که ساخته شوند. پژوهشگران می‌گویند با انتخاب عناصر درست از طبیعت (برای مثال، آنزیمی که در سلول مصنوعی آن‌ها وجود دارد و با کلسیم فعال می‌شود از زهر زنبور گرفته شده است)، آن‌ها می‌توانند چیز جدیدی را تولید کنند که با ویرایش سلول‌های موجود ممکن نیست.

انیمیشن نشان‌دهنده‌ی نحوه‌ی عملکرد سلول‌های مصنوعی

اکنون، زمانی هیجان‌انگیز برای این شاخه از علم است: دانشمندان در اوایل سال جاری سلول‌هایی مصنوعی را ساختند که می‌توانستند با استفاده از یک غشای خاص انرژی مورد نیاز خود را به‌کمک فتوسنتز تأمین کنند. این موفقیت ممکن است درنهایت منجر به تولید سلول‌هایی شود که بتوانند خود را حفظ کنند. ما همچنین شاهدساخت سلول‌های مصنوعی بوده‌ایم که به آن اندازه هوشمند هستند که می‌توانند سلول‌های واقعی را فریب داده و به‌عنوان سلول‌های واقعی درنظر گرفته شوند؛ چیزی که اگر دانشمندان بخواهند سیستم‌هایی را توسعه دهند که در آن سلول‌های مصنوعی و سلول‌های واقعی به‌صورت هماهنگ با هم کار کنند، ضروری خواهد بود. طبق گفته‌ی این پژوهشگران، سیستم ساده‌ی اتصال و اجرا (Plug & Play) که دانشمندان آن را در پژوهش مقدماتی خود تشریح کرده‌اند، می‌تواند برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار گیرد. اسکار سز از کالج سلطنتی لندن می‌گوید:

جنبه‌ی اتصال و اجرا سیستم به‌معنای این است که پژوهشگران برای ایجاد مسیرهای شیمیایی جدیدی که اهداف آن‌ها برآورده سازد، می‌توانند عناصری را از سرتاسر طبعیت به کار گیرند. راه‌اندازی سیستم الگوی ما ساده است و پژوهشگران می‌توانند هر ترکیب جدیدی را که در ذهن دارند به‌سرعت در آن آزمایش کنند.

نتایج این پژوهش در مجله‌ی PNAS منتشر شده است.