Scientists create first artificial cell that moves on its own by chemical reactions
Scientists built the first artificial cell to move on its own—powered by enzyme reactions, not biological machinery.
Researchers at the Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC) have created the world's simplest artificial cell capable of chemical navigation, migrating toward specific substances like living cells do.
과학자들은 화학 반응으로 스스로 움직이는 최초의 인공 세포를 만들었습니다.
과학자들은 생물학적 기계가 아닌 효소 반응으로 구동되는, 스스로 움직이는 최초의 인공 세포를 만들었습니다.
구자들은 지금까지 가장 간단한 인공 세포를 만들어냈습니다. 세포막, 효소, 그리고 임무만으로 이루어진 세포입니다.
카탈루냐 생체공학 연구소(IBEC)의 과학자들은 생명의 가장 기본적인 규칙만을 밝혀내는 획기적인 발견을 통해 순전히 화학의 지시에 따라 스스로 움직일 수 있는 합성 최소 세포를 만들어냈습니다.
음식을 향해 헤엄치는 박테리아나 감염 부위를 향해 달려가는 면역 세포와 마찬가지로, 이 작고 생명 없는 소포는 주변 환경을 감지하고 그 안을 탐색할 수 있습니다.
화학은 나침반이 된다
비결은 화학주성이라는 과정에 있습니다. 화학주성이란 화학적 기울기에 따라 이동할 수 있는 능력입니다.
자연에서 정자가 난자를 찾거나 백혈구가 염증을 감지하는 방식과 같습니다. 하지만 편모나 수용체와 같은 복잡한 생물학적 장치에 의존하는 대신, 이 인공 세포는 지질막, 효소, 그리고 막공, 이 세 가지 부분만 사용합니다.
실제 세포막과 동일한 분자로 만들어진 지방 기포인 리포좀이 세포막의 구조적 껍질 역할을 합니다. 포도당이나 요소의 농도 구배에 놓이면 리포좀 내부의 효소가 분자와 반응하여 농도 불균형을 초래합니다.
이렇게 하면 소포 표면을 따라 유체 흐름이 발생하여 농도가 더 높은 쪽으로 이동하게 됩니다.
이 기공은 제어된 관문처럼 작용하여 분자 전류로 움직이는 자율 조종 보트처럼 추진에 필요한 비대칭성을 만들어냅니다.
연구자들은 이것이 효과가 있다는 것을 증명하기 위해 주의 깊게 제어된 기울기 하에서 미세유체 채널에서 10,000개 이상의 소포를 테스트했습니다.
연구진은 더 많은 기공을 가진 소포가 더 강한 화학주성 행동을 보이는 반면, 기공이 없는 소포는 수동적으로 농도가 낮은 쪽으로 이동한다는 것을 발견했습니다. 이는 단순 확산 때문일 가능성이 높습니다.
"지방질 껍질, 효소 하나, 그리고 기공, 이 세 가지만으로 이 모든 춤을 다시 만들어냈습니다." 라고 IBEC의 ICREA 연구 교수이자 이 논문의 선임 저자인 주세페 바탈리아 교수는 말했습니다. "간단히 말해, 이제 숨겨진 규칙들이 드러납니다. 이것이 바로 합성생물학의 힘입니다. 퍼즐의 뼈대까지 파헤쳐 보면, 그 혼란 속에서 음악이 드러납니다. 한때 복잡해 보였던 것이 무엇이었을까요? 순수하고 우아한 화학, 더 적은 것으로 더 많은 것을 해내는 것입니다."
자연의 규칙책, 최소한으로 다시 쓰여지다
생명체에서 화학주성은 기본적인 생존 전략으로, 세포가 영양소를 쫓고, 위험을 피하고, 발달을 조정할 수 있게 해줍니다.
이처럼 최소한의 구성 요소로 그러한 행동을 재현함으로써 과학자들은 초기 진화 역사에서 생명이 어떻게 움직였는지에 대한 모델을 얻을 수 있습니다.
이러한 연구 결과는 정밀 약물 전달, 환경 감지, 심지어 프로그래밍 가능한 자가 조립 시스템을 위한 합성 세포 엔지니어링의 문을 열어줍니다.
이러한 구성 요소는 모두 생물학에서 공통적이므로, 시스템을 확장하거나 수정하면 결국 부드러운 소재로만 제작된 반응 형 마이크로 로봇이 탄생할 수 있습니다.
"소포가 움직이는 걸 보세요. 정말 보세요." 바탈리아가 말했다. "저 작은 거품 속에는 비밀이 숨겨져 있어요. 세포들이 서로 어떻게 속삭이고, 어떻게 생명의 짐을 실어 나르는지 말이죠. 하지만 생물학의 기계 장치는 너무 시끄럽고 부품이 너무 많아요! 그래서 우리는 속임수를 쓰는 거죠."
이 연구는 IBEC, 바르셀로나 대학교, 유니버시티 칼리지 런던, 리버풀 대학교, 바이오피시카 연구소, 그리고 이케르바스크 과학 재단의 협력으로 이루어졌습니다. 이론적 뒷받침은 소포의 화학주성 거동을 예측한 UB의 호세 미구엘 루비 연구팀의 지원을 받았습니다.
Scientists create first artificial cell that moves on its own by chemical reactions
kcontents
