Fremtidens medicin kan være kunstige livsformer

At skabe kunstigt liv er et tilbagevendende tema i både videnskaben og populærlitteraturen, hvor det straks danner billeder på nethinden af kravlende slimklatter med ondt i sinde eller uber-nuttede designerkæledyr.

Samtidig melder spørgsmålet sig: Hvilken rolle skal kunstigt liv spille i vores miljø her på Jorden, hvor alle livsformer er frembragt af naturen og har netop sin plads og sin funktion?

Lektor Chenguang Lou fra Institut for Fysik, Kemi og Farmaci er sammen med professor Hanbin Mao fra Kent State University forældre til et særligt kunstigt hybridmolekyle, som kan føre til skabelsen af kunstige livsformer, og han er nu medforfatter af et review i tidsskriftet Cell Reports Physical Science om status på forskningsfeltet bag deres kreation. Feltet, som er ganske nyt, hedder ”hybrid peptide-DNA nanostructures”, og det har ikke meget mere end 10 år på bagen.

I naturen har de fleste organismer en naturlig fjende 

Lous vision er at skabe virale vacciner (modificerede og svækkede virus-versioner) og kunstige livsformer, der kan bruges til at diagnosticere og behandle sygdomme med.

- I naturen har de fleste organismer en naturlig fjende. Men nogle har ikke. Fx har nogle sygdomsspredende virusser ikke en naturlig fjende. Det vil være oplagt at skabe en kunstig livsform, der kan blive en fjende for dem, siger han.

Sådanne kunstige livsformer kan altså fungere som vacciner mod virus-infektioner, og de kan bruges som nanorobotter eller nanomaskiner, der bliver ladet med medicin eller diagnosticerende elementer og sendt ind i kroppen på en patient.

DNA og peptider er de vigtigste byggesten

- Måske har vi en kunstig viral vaccine om 10 år. En kunstig celle ligger længere ude i fremtiden, for den består af rigtigt mange elementer, man skal have styr på, før man kan begynde at bygge med dem. Men med den viden, vi har, er der principielt ikke noget til hinder for, at vi kan producere kunstige cellulære organismer i fremtiden, siger han.

Hvad er det for byggesten, som Lou og hans kolleger på dette felt vil bruge til at skabe virale vacciner og kunstigt liv?

DNA og peptider er nogle af de absolut vigtigste biomolekyler i naturen, og derfor er DNA-teknologi og peptid-teknologi i dag de to stærkeste molekylære værktøjer i den nanoteknologiske værktøjskasse. 

Skabte kunstigt hybridmolekyle i laboratoriet

Med DNA-teknologien har man præcis kontrol over programmeringen lige fra atom-niveau til makro-niveau, men da der kun er fire baser, A, C, G og T, kan DNA-teknologien kun levere begrænsede kemiske funktioner. Dem kan peptid-teknologien til gengæld levere i rigt mål, da der findes 20 aminosyrer at bygge med.

Naturen bruger både DNA og peptider til at bygge fx de forskellige proteinfabrikker, der findes i celler, så de kan videreudvikle sig og blive til organismer.

I de seneste år er det lykkedes Hanbin Mao og Chenguang Lou at koble designede trestrengede DNA-strukturer med trestrengede peptidstrukturer og dermed skabe et kunstigt hybridmolekyle, der har styrkerne fra begge lejre. Dette arbejde blev publiceret i Nature Communications i 2022. Læs den videnskabelige artikel her "Chirality transmission in macromolecular domains" og vores populærvidenskabelige artikel her Nyt supermolekyle kan revolutionere videnskaben.

Nanomaskine borer hul i cellemembran

Også andre steder i verden arbejder forskere med at koble DNA og peptider, fordi den kobling netop udgør så stærkt et fundament for videreudvikling af mere avancerede biologiske enheder og livsformer.

På Oxford University er det lykkedes forskere at bygge en nanomaskine af DNA og peptider, der kan bore sig gennem fx en cellemembran, så der skabes en kunstig membran-kanal, som et lille molekyle kan passere igennem.

På Arizona State University har forskere fået DNA og peptider til at selv-samle sig til 2D og 3D strukturer.

På Northwest University i Kina har forskere vist, at mikrofibre kan dannes i forbindelse med, at DNA og peptider samler sig selv. DNA’en og peptiderne opererer på nano-niveau, så når man tager højde for størrelsesforskellene, er fibre i mikrostørrelse kæmpestore.

En revolution i sundhedsvæsenet

På Ben-Gurion University of the Negev i Israel har forskere brugt hybridmolekyler til at skabe en løg-lignende sfærisk struktur, der indeholder kræftmedicin, og som har potentiale til at kunne blive sendt ind i kroppen for at angribe kræftsvulster. 

- I min optik er den overordnede værdi af alle disse tiltag, at de kan bruges til at forbedre samfundets muligheder for at diagnosticere og behandle syge mennesker. Hvis vi kigger fremad, vil det ikke overraske mig, at vi en dag kan skabe hybride nanomaskiner, virale vacciner og måske endda kunstige livsformer ud af disse byggesten. Det vil hjælpe samfundet med at bekæmpe svært behandlelige sygdomme. Det vil være en revolution i sundhedsvæsenet, siger Chenguang Lou.