Kunstmatige cellen produceren delen van virussen voor veilig onderzoek

Wetenschappers die op zoek zijn naar betere diagnostische tests, medicijnen of vaccins tegen een virus, moeten allemaal beginnen met het ontcijferen van de structuur van dat virus. En als het virus in kwestie zeer pathogeen is, kan het onderzoeken, testen of ontwikkelen ervan behoorlijk gevaarlijk zijn. Prof. Roy Bar-Ziv, stafwetenschapper Dr. Shirley Shulman Daube, Dr. Ohad Vonshak, een voormalige onderzoeksstudent in het laboratorium van Bar-Ziv, en de huidige onderzoeksstudent Yiftach Divon hebben een originele oplossing voor dit obstakel. Ze toonden de productie van virale delen binnen kunstmatige cellen aan.

De cellen zijn compartimenten van micrometerformaat die in een siliciumchip zijn geëtst. Aan de onderkant van elk compartiment hebben de wetenschappers DNA-strengen aangebracht en dicht opeengepakt. De randen van de kunstmatige cellen waren bekleed met receptoren die de in de cellen geproduceerde eiwitten kunnen opvangen. Om te beginnen overstroomden de wetenschappers hun cellen met alles wat nodig is om eiwitten te maken – moleculen en enzymen die nodig zijn om de DNA-informatie te lezen en te vertalen in eiwitten. Vervolgens, zonder verdere menselijke tussenkomst, sloot het receptortapijt een van de eiwitten die in de bodems van de cellen werden geproduceerd op, waarbij de rest van de virale eiwitten aan elkaar bond, waardoor structuren werden geproduceerd die de wetenschappers eerder in het systeem hadden “geprogrammeerd”. In dit geval creëerden ze diverse kleine delen van een virus dat bacteriën infecteert (een bacteriofaag).

“We ontdekten”, zegt Bar-Ziv, “dat we het assemblageproces – zowel de efficiëntie als de eindproducten – kunnen controleren door het ontwerp van de kunstmatige cellen. Dit omvatte de geometrische structuur van de cellen en de plaatsing en organisatie van de genen. Deze bepalen allemaal welke eiwitten worden geproduceerd en, in de lijn, wat er van deze eiwitten wordt gemaakt als ze eenmaal zijn geassembleerd. “

Vonshak vult aan: “Aangezien dit geminiaturiseerde kunstmatige cellen zijn, kunnen we er een groot aantal op één chip plaatsen. We kunnen het ontwerp van verschillende cellen wijzigen, zodat diverse taken op verschillende locaties op dezelfde chip worden uitgevoerd.”

De kenmerken van het systeem dat bij het Weizmann Institute is ontwikkeld, waaronder de mogelijkheid om verschillende kleine onderdelen van een enkel virus tegelijk te produceren, zouden wetenschappers over de hele wereld een nieuw hulpmiddel kunnen geven voor het evalueren van tests, medicijnen en vaccins tegen dat virus. Divon voegt eraan toe: “En omdat de kunstmatige delen – zelfs als ze delen van het virus getrouw reproduceren – niet het gebruik van echte virussen omvatten, zouden ze van begin tot eind bijzonder veilig zijn.” “Een andere mogelijke toepassing”, zegt Shulman Daube, “zou de ontwikkeling kunnen zijn van een chip die snel en efficiënt duizenden medische tests tegelijk kan uitvoeren.”