De compartimenten in artificiële cellen – zoals je die in biologische versies onder andere als organellen vindt – maak je meestal met membranen gebaseerd op polymeren, vetten of eiwitmembranen. Die kun je intern een heterogene indeling geven, waardoor je specifieke stoffen in of uit de ‘vakjes’ kunt laten gaan. Dat kunstje was alleen nog niet beschikbaar voor membraanloze cellen. Tot Adrian Leathers, Lorenzo Di Michele en collega’s van de University of Cambridge recentelijk een manier bedachten waarbij je DNA gebruikt. Ze slaagden erin tot vijf aparte compartimenten te maken en wisten een fluorescent RNA-aptameer te laten synthetiseren dat zich verplaatste van de kern naar de buitenste schil.

Voor het bouwen van zo’n cel gebruikten de onderzoekers dus DNA-strengen. Je maakt dan eerst een kern van kruislings aan elkaar geconjugeerde DNA-moleculen, met aan elk uiteinde een cholesterol-molecuul. Aan een van de uiteinden zit een haakje waar je de basisstreng aan kunt hangen. De basisstreng maakt het geheel programmeerbaar. Je kunt dan namelijk patroonvormende strengen toevoegen die – afhankelijk van de lengte – sneller of langzamer aan de basisstreng gaan zitten.

Zo zie je in Figuur 1 dat de korte p1-streng met een rood fluorescerend label als eerste van buiten naar binnen reageert. De p8-streng (groen) is langer en past met meer baseparen op de basisstreng dan p1. Daardoor duurt het langer voordat die streng de p1-streng vervangt, maar als p1 eenmaal vervangen is, dan blijft p8 veel beter zitten.

Doe je verder niks, dan zullen de beter ‘plakkende’ strengen de minder plakkende strengen compleet vervangen. Dat werkt het compartimenten-idee alleen een beetje tegen. Je kunt het vervangproces daarom ook stoppen door een losse versie van de basisstreng in overmaat toe te voegen (zie Figuur 2). Zo behoud je de compartimenten en op die manier wisten Leathers en collega’s dus een 5-compartimenten-cel te maken.

Best leuk, zulke compartimenten, maar kun je er ook daadwerkelijk iets mee? Jazeker, laten de onderzoekers zien. Ze maakten een ruimtelijk ordenende artificiële cel met twee compartimenten, een kern en een schil. De celkern heeft aan de basisstreng nu ook een brug- en een template-streng hangen. Dat template kan gelezen worden door een polymerase, wat resulteert in een broccoli RNA-aptameer. Dat aptameer diffundeert vervolgens uit de kern en wordt opgevangen door de basisstreng van de schil.

Helemaal vanzelf ging dat echter niet. De auteurs geven in de discussie aan dat je in dit geval meerdere stappen nodig hebt voor de patroonvorming, en dat je tussendoor moet wassen omdat het overschot aan brug-template-complex anders zorgt voor productie van het aptameer in de bulk-oplossing buiten de cel. Desalniettemin denken de auteurs met deze paper toch een basis te bieden voor mede-wetenschappers om voort te bouwen op dit nieuwe platform.

Leathers, A. et al. (2022) JACS 144(38), doi.org/10.1021/jacs.2c06140