Sculpting DNA-based synthetic cells through phase separation and phase-targeted activity

相(物质) 分离(统计) DNA 计算生物学 纳米技术 材料科学 生物 化学 遗传学 计算机科学 机器学习 有机化学
作者
Layla Malouf,Diana A. Tanase,Giacomo Fabrini,Ryan A. Brady,Miguel Páez-Pérez,Adrian Leathers,Michael J. Booth,Lorenzo Di Michele
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:9 (11): 3347-3364 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2023.10.004
摘要

Synthetic cells, like their biological counterparts, require internal compartments with distinct chemical and physical properties where different functionalities can be localized. Inspired by membrane-less compartmentalization in biological cells, here, we demonstrate how microphase separation can be used to engineer heterogeneous cell-like architectures with programmable morphology and compartment-targeted activity. The synthetic cells self-assemble from amphiphilic DNA nanostructures, producing core-shell condensates due to size-induced de-mixing. Lipid deposition and phase-selective etching are then used to generate a porous pseudo-membrane, a cytoplasm analog, and membrane-less organelles. The synthetic cells can sustain RNA synthesis via in vitro transcription, leading to cytoplasm and pseudo-membrane expansion caused by an accumulation of the transcript. Our approach exemplifies how architectural and functional complexity can emerge from a limited number of distinct building blocks, if molecular-scale programmability, emergent biophysical phenomena, and biochemical activity are coupled to mimic those observed in live cells.
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