Glucosinolate-accumulating S-cells in Arabidopsis leaves and flower stalks undergo programmed cell death at early stages of differentiation

Plant secondary metabolites glucosinolates (GSL) have important functions in plant resistance to herbivores and pathogens. We identified all major GSL that are accumulated in S-cells in Arabidopsis by MALDI-TOF MS, and estimated by LC-MS that the total GSL concentration in these cells is above 130 mM. The precise locations of the S-cells outside phloem bundles in rosette and cauline leaves and in flower stalks were visualised using sulphur mapping by cryo-SEM/EDX. S-cells contain up to 40% of total sulphur in flower stalk tissues. S-cells in emerging flower stalks and developing leaf tissues show typical signs of Programmed Cell Death (PCD) or apoptosis, such as chromatin condensation in the nucleus and blebbing of the membranes. TUNEL staining for DNA double strand breaks confirmed PCD in S-cells in postmeristematic tissues in the flower stalk as well as in the leaf. Our results show that S-cells in postmeristematic tissues proceed to an extreme degree of metabolic specialisation besides PCD. Accumulation and maintenance of a high concentration of GSL in these cells are accompanied by degradation of a number of cell organelles. The substantial changes in the cell composition during S-cell differentiation indicate the importance of this particular GSL-based phloem defence system. The specific anatomy of the S-cells and ability to accumulate specialised secondary metabolites is similar to that of the non-articulated laticifer cells in latex plants and thus indicates a common evolutionary origin.

Autophagy: in: Cell Death

Autophagy is a conserved proteolytic mechanism that degrades cytoplasmic material including cell organelles. Although the importance of autophagy for cell homeostasis and survival has long been appreciated, our understanding of how autophagy is regulated at a molecular level just recently evolved. The importance of autophagy for the quality control of proteins is underscored by the fact that many neurodegenerative and myodegenerative diseases are characterized by an increased but still insufficient autophagic activity. Similarly, if the cellular stress, leading to deoxyribonucleic acid (DNA) damage, mitochondrial damage and/or damaged proteins, does not result in sufficient autophagic repair mechanisms, cells seem to be prone to transform into tumour cells. Therefore, autophagy has multiple roles to play in the causation and prevention of human diseases.

Plant nuclear gene knockout reveals a role in plastid division for the homolog of the bacterial cell division protein FtsZ, an ancestral tubulin

Little is known about the division of eukaryotic cell organelles and up to now neither in animals nor in plants has a gene product been shown to mediate this process. A cDNA encoding a homolog of the bacterial cell division protein FtsZ, an ancestral tubulin, was isolated from the eukaryote Physcomitrella patens and used to disrupt efficiently the genomic locus in this terrestrial seedless plant. Seven out of 51 transgenics obtained were knockout plants generated by homologous recombination; they were specifically impeded in plastid division with no detectable effect on mitochondrial division or plant morphology. Implications on the theory of endosymbiosis and on the use of reverse genetics in plants are discussed.

Whole-cell-analysis of live cardiomyocytes using wide-field interferometric phase microscopy.

We apply wide-field interferometric microscopy techniques to acquire quantitative phase profiles of ventricular cardiomyocytes in vitro during their rapid contraction with high temporal and spatial resolution. The whole-cell phase profiles are analyzed to yield valuable quantitative parameters characterizing the cell dynamics, without the need to decouple thickness from refractive index differences. Our experimental results verify that these new parameters can be used with wide field interferometric microscopy to discriminate the modulation of cardiomyocyte contraction dynamics due to temperature variation. To demonstrate the necessity of the proposed numerical analysis for cardiomyocytes, we present confocal dual-fluorescence-channel microscopy results which show that the rapid motion of the cell organelles during contraction preclude assuming a homogenous refractive index over the entire cell contents, or using multiple-exposure or scanning microscopy.

Ultrastructure of the bloodstream forms of the fish trypanosome Trypanosoma pseudobagri dogiel et achmerov, 1959

The ultrastructure of the bloodstream forms of Trypanosoma pseudobagri from its natural host, yellow catfish (Pseudobagrus fulvidraco), a freshwater fish, is described in the present work. The pellicle, consisting of a unit membrane with a superimposed surface coat, the structure and attachment of the flagellum and the subpellicular microtubules show the usual structural and organizational features. Cell organelles and cytoplasmic inclusions such as kinetoplast, mitochondria, nucleus and vacuoles, which occur in trypanosomidae, are observed and described in detail. The ultrastructure of T. pseudobagri has been compared with that of bloodstream forms of other species and culture forms of fish trypanosomes, and similarities and divergences are discussed. The Golgi-complex and endoplasmic reticulum could not be observed and need further investigation.

Cytological and biochemical alterations in Carassius auratus hepatocytes from exposure to sediment containing dioxins and related compounds

Cytological and biochemical alterations of crucial carp (Carassius auratus) hepatocytes were characterized after exposure to sediments from a lake contaminated with dioxins and other industrial chemicals. Carp were exposed in 20 L water containing 25, 50, or 100 g of contaminated sediment for 2 and 4 weeks. Ultrastructural changes in the liver were characterized by severe enlargement of hepatocytes. Alterations in the cell. included formation of condensed and irregular cell nucleus, polynuclei, dispersed heterochromatin, enlargement of the nucleolus, and degeneration of the nucleus. Mitochondrial numbers were reduced and cristae were deformed. Myelin figures and lysosomes were increased, and sometimes cell organelles and cell matrix were totally lost after 4 weeks of exposure. The ultrastructural alterations were correlated with exposure time and sediment concentrations. Hepatosometic index was significantly increased in experimental groups at 2 and 4 weeks as compared with the control group. EROD enzyme activities were strongly induced in liver. A trend from rough endoplasmic reticulum (RER) to SER was observed. Our results suggest that the dioxin-like compounds bound by sediment were bioavailable to C. auratus and cause sublethal effects.

Assembly of the subcellular parts of Bryopsis hypnoides Lamouroux into new protoplasts

The chloroplasts, mitochondria, and protoplasm devoid of mature chloroplasts (PMC) of Bryopsis hypnoides Lamouroux were isolated by low-speed and sucrose density centrifugation. The PMC aggregated in artificial seawater, and then protoplasts without mature chloroplasts (PtMCs) were formed. Transmission electron microscopy and cytochemical studies indicated that there were mitochondria, nuclei, vesicles, and other small cell organelles in the PtMCs. Scanning electron microscopy showed that there were holes on the surface of 1-h PtMCs and then fewer holes on the surface of 24-h PtMCs, suggesting that a healing process occurred. The plasma membrane was formed over the surface of the PtMCs. However, the cell wall was not regenerated, and the newly formed PtMCs were ruptured and died in 3 days. Light intensity during alga maintenance before use influenced significantly (one-way ANOVA, P < 0.0001) on the number of PtMCs formed; the highest number of PtMCs was formed at 20A mu mol/(m(2) s). When isolated chloroplasts were transferred into seawater, there were only two or three chloroplasts aggregated together. However, isolated mitochondria and the mixed six layers of cell organelles (separated by sucrose density centrifugation) could not aggregate in the artificial seawater. This indicates that the conjunction of cell organelles is important for their aggregation.

Characterization of a new lectin involved in the protoplast regeneration of Bryopsis hypnoides

A group of coenocytic marine algae differs from higher plants, whose totipotency depends on an intact cell (or protoplast). Instead, this alga is able to aggregate its extruded protoplasm in sea water and generate new mature individuals. It is thought that lectins play a key role in the aggregation process. We purified a lectin associated with the aggregation of cell organelles in Bryopsis hypnoides. The lectin was ca. 27 kDa with a pI between pH 5 and pH 6. The absence of carbohydrate suggested that the lectin was not a glycoprotein. The hemagglutinating activity (HA) of the lectin was not dependent on the. presence of divalent cations and was inhibited by N-Acetylgalactosamine, N-Acetylglucosamine, and the glycoprotein bovine submaxillary mucin. The lectin preferentially agglutinated Gram-negative bacterium. The HA of this lectin was stable between pH 4 to pH 10. Cell organelles outside the cytoplasm were agglutinated by the addition of lectin solution (0.5 mg ml(-1)). Our results suggest that the regeneration of B. hypnoides is mediated by this lectin. We also demonstrated that the formation of cell organelle aggregates was inhibited by nigericin in natural seawater (pH 8.0). Given that nigericin dissipates proton gradients across the membrane, we hypothesize that the aggregation of cell organelles was proton-gradient dependent.

Assembly of the protoplasm of Codium fragile (Bryopsidales, Chlorophyta) into new protoplasts

The cell organelles of the coenocytic alga Codium fragile (Sur.) Hariot aggregated rapidly and protoplasts were formed when its protoplasm was extruded out in seawater. Continuous observation showed that there were long and gelatinous threads connecting the cell organelles. The threads contracted, and thus the cell organelles aggregated into protoplasmic masses. The enzyme digestion experiments and Coomassie Brilliant Blue and Anthrone stainings showed that the long and gelatinous threads involved in the formation of the protoplasts might include protein and saccharides as structure components. Nile Red staining indicated that the protoplast primary envelope was non-lipid at first, and then lipid materials integrated into its surface gradually. The fluorescent brightener staining indicated that the cell wall did not regenerate in the newly formed protoplasts and they all disintegrated within 72 h after formation. Transmission electron microscopy of the cell wall of wild C. fragile showed electron-dense material embedded in the whole cell wall at regular intervals. The experiments indicated that C. fragile would be a suitable model alga for studying the formation of protoplasts.

Identification of mouse langerin/CD207 in Langerhans cells and some dendritic cells of lymphoid tissues

Human (h)Langerin/CD207 is a C-type lectin of Langerhans cells (LC) that induces the formation of Birbeck granules (BG). In this study, we have cloned a cDNA-encoding mouse (m)Langerin. The predicted protein is 66% homologous to hLangerin with conservation of its particular features. The organization of human and mouse Langerin genes are similar, consisting of six exons, three of which encode the carbohydrate recognition domain. The mLangerin gene maps to chromosome 6D, syntenic to the human gene on chromosome 2p13. mLangerin protein, detected by a mAb as a 48-kDa species, is abundant in epidermal LC in situ and is down-regulated upon culture. A subset of cells also expresses mLangerin in bone marrow cultures supplemented with TGF-beta. Notably, dendritic cells in thymic medulla are mLangerin-positive. By contrast, only scattered cells express mLangerin in lymph nodes and spleen. mLangerin mRNA is also detected in some nonlymphoid tissues (e.g., lung, liver, and heart). Similarly to hLangerin, a network of BG form upon transfection of mLangerin cDNA into fibroblasts. Interestingly, substitution of a conserved residue (Phe(244) to Leu) within the carbohydrate recognition domain transforms the BG in transfectant cells into structures resembling cored tubules, previously described in mouse LC. Our findings should facilitate further characterization of mouse LC, and provide insight into a plasticity of dendritic cell organelles which may have important functional consequences.

Investigations of DNA damage induction and repair resulting from cellular exposure to high dose-rate pulsed proton beams

Studies regarding the radiobiological effects of low dose radiation, microbeam irradiation services have been developed in the world and today laser acceleration of protons and heavy ions may be used in radiation therapy. The application of different facilities is essential for studying bystander effects and relating signalling phenomena in different cells or tissues. In particular the use of ion beams results advantageous in cancer radiotherapy compared to more commonly used X-rays, since the ability of ions in delivering lethal amount of doses into the target tumour avoiding or limiting damage to the contiguous healthy tissues. At the INFN-LNS in Catania, a multidisciplinary radiobiology group is strategically structured aimed to develop radiobiological research, finalised to therapeutic applications, compatible with the use of high dose laser-driven ion beams. The characteristic non-continuous dose rates with several orders of magnitude of laser-driven ion beams makes this facility very interesting in the cellular systems' response to ultra-high dose rates with non-conventional pulse time intervals cellular studies. Our group have projected to examine the effect of high dose laser-driven ion beams on two cellular types: foetal fibroblasts (normal control cells) and DU145 (prostate cancer cells), studying the modulation of some different bio-molecular parameters, in particular cell proliferation and viability, DNA damage, redox cellular status, morphological alterations of both the cytoskeleton components and some cell organelles and the possible presence of apoptotic or necrotic cell death. Our group performed preliminary experiments with high energy (60 MeV), dose rate of 10 Gy/min, doses of 1, 2, 3 Gy and LET 1 keV/µm on human foetal fibroblasts (control cells). We observed that cell viability was not influenced by the characteristics of the beam, the irradiation conditions or the analysis time. Conversely, DNA damage was present at time 0, immediately following irradiation in a dose-dependent manner. The analysis of repair capability showed that the cells irradiated with 1 and 2 Gy almost completely recovered from the damage, but not, however, 3 Gy treated cells in which DNA damage was not recovered. In addition, the results indicate the importance of the use of an appropriate control in radiobiological in vitro analysis.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

La petite GTPase Rab11 et ses interacteurs orchestrent la migration cellulaire collective et la cytocinèse chez la Drosophile

Le trafic vésiculaire permet un échange coordonné de molécules entre les différents organites de la cellule et dépend largement des petites GTPases de la famille des Rabs dont le nombre varie entre 27 chez la Drosophile et 70 chez l’Homme. Un des prochains défis consiste donc à élucider les mécanismes cellulaires qui coordonnent l’activité de ces Rabs, laquelle garantit un transport vésiculaire ordonné au sein de la cellule. Les Rabs agissent comme des interrupteurs moléculaires grâce à leur capacité à cycler entre un état actif et inactif. L’activité des Rabs est contrôlée par des protéines régulatrices puis des effecteurs en aval coordonnent leurs différentes fonctions. La petite GTPase Rab11 est essentielle au développement de plusieurs organismes incluant la Drosophile, C. elegans et la souris puisqu’elle se retrouve au cœur de différentes voies de transport. D’ailleurs, le trafic de molécules dépendant de Rab11 est perturbé dans plusieurs pathologies. Malgré son rôle central dans le trafic vésiculaire, la régulation de Rab11 reste peu comprise in vivo. Cette thèse se penche sur les mécanismes moléculaires contrôlant les fonctions de Rab11 et de ses effecteurs lors de la migration cellulaire collective et lors de la cytocinèse. Nous avons identifié Evi5 comme un nouvel acteur clé de la migration cellulaire collective, et nous montrons qu’elle possède une activité Rab11-GAP essentielle pour maintenir les récepteurs de guidance actifs de façon polarisée au front de migration. Nous avons ensuite déterminé que Rab11 régule la communication cellulaire lors de la migration collective par l’entremise de son interaction avec la Moésine. Une question reste toutefois en suspens : sachant que Rab11 compte plus de 13 effecteurs, quels sont les mécanismes assurant la spécificité de l’interaction entre cette GTPase et un effecteur particulier? Une partie de la réponse provient peut-être de nos observations que les membres des Rab11-FIPs de classe I, une famille d’effecteurs de Rab11, interagissent avec les protéines d’échafaudage 14-3-3. Chez la Drosophile, Rip11 est le seul représentant des Rab11-FIPs de classe I et nous montrons que Rip11 aurait des fonctions inattendues durant la cytocinèse qui seraient coordonnées par 14-3-3. Nos recherches permettent de dresser un portrait plus authentique des mécanismes moléculaires régulant les différentes fonctions de Rab11 et de ses effecteurs in vivo.

Wechselwirkung von im NANOJET erzeugten Teilchen mit Polymeren und biologischen Objekten

Am Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik wurde eine neue Technik entwickelt, die neue Anwendungen und Methoden der Mikro- und Nanostrukturierung auf Basis eines neuen Verfahrens erschlossen hat. NANOJET führt über die passive Rastersondenmikroskopie hinaus zu einem vielseitigen, aktiven Bearbeitungswerkzeug auf der Mikro- und Nanometerskala. NANOJET (NANOstructuring Downstream PlasmaJET) ist eine aktive Rasterkraft-Mikroskopie-Sonde. Radikale (chemisch aktive Teilchen, die ein ungepaartes Valenzelektron besitzen) strömen aus dem Ende einer ultradünnen, hohlen Rasterkraftmikroskop-Spitze. Dadurch wird es möglich, über die übliche passive Abtastung einer Probenoberfläche hinausgehend, diese simultan und in-situ durch chemische Reaktionen zu verändern. Die Abtragung von Material wird durch eine chemische Ätzreaktion erreicht. In dieser Arbeit wurde zum größten Teil Photoresist als Substrat für die Ätzexperimente verwendet. Für das Ätzen des Resists wurden die Atome des Fluors und des Sauerstoffs im Grundzustand als verantwortlich identifiziert. Durch Experimente und durch Ergänzung von Literaturdaten wurde die Annahme bestätigt, dass Sauerstoffradikale mit Unterstützung von Fluorradikalen für die hohen erzielten Ätzraten verantwortlich sind. Die Beimischung von Fluor in einem Sauerstoffplasma führt zu einer Verringerung der Aktivierungsenergie für die Ätzreaktion gegenüber Verwendung reinen Sauerstoffs. In weiterer Folge wurde ein Strukturierungsverfahren dargestellt. Hierbei wurden "geformte Kapillaren" (mikrostrukturierte Aperturen) eingesetzt. Die Herstellung der Aperturen erfolgte durch einen elektrochemischen Ätzstop-Prozess. Die typische Größe der unter Verwendung der "geformten Kapillaren" geätzten Strukturen entsprach den Kapillarenöffnungen. Es wurde ein Monte-Carlo Simulationsprogramm entwickelt, welches den Transport der reaktiven Teilchen in der langen Transportröhre simulierte. Es wurde sowohl die Transmission der Teilchen in der Transportröhre und der Kapillare als auch ihre Winkelverteilung nach dem Verlassen der Kapillare berechnet. Das Aspektverhältnis der Röhren hat dabei einen sehr starken Einfluss. Mit einem steigenden Aspektverhältnis nahm die Transmission exponentiell ab. Die geschaffene experimentelle Infrastruktur wurde genutzt, um auch biologische Objekte zu behandeln und zu untersuchen. Hierfür wurde eine neue Methodik entwickelt, die eine dreidimensionale Darstellung des Zellinneren erlaubt. Dies wurde durch die kontrollierte Abtragung von Material aus der Zellmembran durchgeführt. Die Abtragung der Zellmembran erfolgte mittels Sauerstoffradikalen, die durch eine hohle Spitze lokalisiert zum Ort der Reaktion transportiert wurden. Ein piezoresistiver Cantilever diente als Sensor in dem zur Bildgebung eingesetzten RKM. Das entwickelte Verfahren ermöglicht es nun erstmals, schonend Zellen zu öffnen und die innen liegenden Organellen weiter zu untersuchen. Als Nachweis für weitere Verwendungsmöglichkeiten des NANOJET-Verfahrens wurde auch Knochenmaterial behandelt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen klar, dass das Verfahren für vielfältige biologische Materialien verwendbar ist und somit nun ein weiter Anwendungskreis in der Biologie und Medizin offen steht.

At a glance: cellular biology for engineers

Engineering contributions have played an important role in the rise and evolution of cellular biology. Engineering technologies have helped biologists to explore the living organisms at cellular and molecular levels, and have created new opportunities to tackle the unsolved biological problems. There is now a growing demand to further expand the role of engineering in cellular biology research. For an engineer to play an effective role in cellular biology, the first essential step is to understand the cells and their components. However, the stumbling block of this step is to comprehend the information given in the cellular biology literature because it best suits the readers with a biological background. This paper aims to overcome this bottleneck by describing the human cell components as micro-plants that form cells as micro-bio-factories. This concept can accelerate the engineers’ comprehension of the subject. In this paper, first the structure and function of different cell components are described. In addition, the engineering attempts to mimic various cell components through numerical modelling or physical implementation are highlighted. Next, the interaction of different cell components that facilitate complicated chemical processes, such as energy generation and protein synthesis, are described. These complex interactions are translated into simple flow diagrams, generally used by engineers to represent multi-component processes.