합성 세포 – 미래의 힘

광합성과 세포 호흡을 통한 자급자족 에너지 생성을 위한 리포솜 내 엽록체와 합성 미토콘드리아의 개념. 출처: 서강대학교 생물학적 인터페이스 그룹

합성 에너지 생성 소기관이 인공 세포를 유지하는 방법에 대한 평가.

연구자들은 인공 세포에서 에너지 생산을 위한 인공 미토콘드리아와 엽록체를 만드는 과정과 과제를 평가했습니다. 이러한 인공 소기관은 새로운 유기체 또는 생체 재료의 개발을 가능하게 할 수 있습니다. 연구자들은 단백질이 세포의 주요 에너지 통화 역할을 하는 회전하는 분자 기계, 양성자 수송 및 ATP 생산의 가장 중요한 구성 요소임을 확인했습니다.

엽록체와 미토콘드리아는 자연에서 에너지 생산을 담당하며 실험실에서 지속 가능한 인공 세포를 제조하는 데 필수적입니다. 미토콘드리아는 중학교 생물학에서 말하는 것처럼 “세포의 발전소”일 뿐만 아니라 인공 번식의 가장 복잡한 세포 내 구성 요소 중 하나입니다.

~에 생물 물리학 리뷰AIP Publishing이 보고한 바에 따르면, 한국 서강대학교와 중국 하얼빈 공과대학교의 연구원들은 합성 미토콘드리아와 엽록체에 대한 가장 유망한 개발과 가장 큰 도전과제를 확인했습니다.

신쿠아노 저자는 “과학자들이 인공 미토콘드리아와 엽록체를 만들 수 있다면 독립적으로 에너지를 생성하고 분자를 생산할 수 있는 인공 세포를 개발할 수 있어 완전히 새로운 유기체나 생체 재료를 만드는 길이 열릴 것”이라고 말했다.

식물에서 엽록체는 햇빛을 사용하여 물과 이산화탄소를 포도당으로 전환합니다. 식물과 동물 모두에서 발견되는 미토콘드리아는 포도당을 분해하여 에너지를 생성합니다.

일단 세포가 에너지를 생산하면 종종 아데노신 삼인산(ATP)이라는 분자를 사용하여 해당 에너지를 저장하고 전달합니다. 세포가 ATP를 분해하면 세포 기능에 동력을 공급하는 에너지를 방출합니다.

“즉, ATP는 세포의 주요 에너지 통화 역할을 하며 세포가 대부분의 세포 기능을 수행하는 데 필수적입니다.”라고 Shen은 말했습니다.

연구팀은 인공 미토콘드리아와 엽록체를 만드는 데 필요한 구성 요소를 설명하고 단백질을 분자 회전 기계, 양성자 수송 및 ATP 생산의 가장 중요한 측면으로 식별합니다.

이전 연구에서는 에너지 생성 소기관을 구성하는 구성 요소를 복제했습니다. 가장 유망한 작업 중 일부는 복잡한 에너지 생성 프로세스와 관련된 중간 프로세스를 연구합니다. 단백질과 효소의 서열을 연결함으로써 연구자들은 에너지 효율을 향상시켰다.

에너지 생산 소기관을 재건하려는 시도에서 가장 중요한 남은 과제 중 하나는 ATP의 안정적인 공급을 유지하기 위해 변화하는 환경에서 자체 적응을 가능하게 하는 것입니다. 향후 연구에서는 인공 세포가 자립할 수 있기 전에 이러한 제한된 이점을 개선하는 방법을 조사해야 합니다.

저자는 자연 과정을 모방하는 생물학적으로 현실적인 에너지 생성 방법으로 인공 세포를 만드는 것이 중요하다고 생각합니다. 전체 세포 복제는 미래의 생체 재료와 과거에 대한 통찰력으로 이어질 수 있습니다.

“이것은 생명의 기원과 세포의 기원을 이해하는 데 중요한 이정표가 될 수 있습니다.”라고 Shen은 말했습니다.

참조: “Artificial Organelles for Sustained Chemical Energy Conversion and Production in Artificial Cells: Synthetic Mitochondria and Chloroplasts” By Hyun Park, Yichen Wang, Seo Hyun-min, Youngcho Ren, Kuanu Shin and Xiaojun Han, March 28, 2023, Available here. 생물 물리학.
DOI: 10.1063 / 5.0131071