Een biologische cel zit ingenieus in elkaar. Neem alleen al het communicatiesysteem, waarmee cellen met behulp van eiwitten hun omgeving kunnen ‘zien’ en signalen kunnen afgeven aan hun buren, waar ook weer op gereageerd kan worden. Ook voor een artificiële cel is het een belangrijke component die nog volop in ontwikkeling is. Arjan Hazegh Nikroo, Jan van Hest en collega’s van de TU Eindhoven ontwierpen een coacervaatsysteem dat gecontroleerd een eiwit kan afgeven op een zelf te bepalen moment met ultraviolet licht.

De groep van Van Hest werkt al langer aan coacervaatsystemen, een polymeerrijke fase in water waarin bolletjes kunnen vormen die dienstdoen als platform voor een synthetische cel. Al eerder wisten ze de opname van histidine-gekoppelde eiwitten in gestabiliseerde coacervaten te programmeren. Als je dan een op te knippen gedeelte tussen het eiwit en de histidine-tag zet, dan kun je het door een enzym laten opknippen, zodat zo’n coacervaat het eiwit afgeeft aan de omgeving.

Het was al een stap in de juiste richting, maar in dat systeem is het zo dat het enzym direct begint te knippen zodra je het toedient en dat is niet hoe het er in een echte cel aan toegaat. Om meer controle te hebben, ontwikkelde het team daarom een protease dat je site-specifiek kunt afsluiten en daarna met licht van 365 nm kunt activeren.

Het werkt dan als volgt: in een coacervaat bevinden zich de eiwitten met histidine-tag, de ‘gekooide’ proteases en nog wat andere stabiliserende moleculen. Op het moment dat je licht schijnt op het geheel, laat het ‘slot’ op de protease los en begint het de eiwitten te ontdoen van hun His-tag. Die eiwitten kunnen vervolgens door het membraan van de coacervaat heen naar de directe omgeving.

De onderzoekers gingen zelfs nog een stap verder door er een andere coacervaatpopulatie tegenover te zetten (zie onder). Bij de eerste populatie komen de eiwitten dan vrij, die fungeert dan als ‘zender’. De andere populatie neemt die vrijgekomen eiwitten op en bindt ze aan andere eiwitten in die coacervaten, die dan als ontvangers fungeren.

Het is duidelijk dat dit systeem de artificiële cel ten goede komt, maar Van Hest en collega’s zijn hoopvol dat je hiermee ook stappen kunt zetten naar de communicatie tussen artificiële en biologische cellen. Er is nog een lange weg te gaan, maar er wordt in ieder geval flink aan getimmerd.

Hazegh Nikroo, A. et al. (2024) Adv. Biol. 2400353, DOI: 10.1002/adbi.202400353