Compartmentalization is key to many cellular processes and a critical bottleneck of any minimal life approach. In cells, a complex chemistry is responsible for bringing together or separating biomolecules at the right place at the right time. Lipids, nucleic acids and proteins self-organize, thereby creating boundaries, interfaces and specialized microenvironments. Exploiting reversible RNA-based liquid-liquid phase separation (LLPS) inside giant unilamellar vesicles (GUVs), we present an efficient system capable of propagating an RNA-based enzymatic reaction across a population of GUVs upon freezing-thawing (FT) temperature cycles. We report that compartmentalization in the condensed RNA-rich phase can accelerate such an enzymatic reaction. In the decondensed state, RNA substrates become homogeneously dispersed, enabling content exchange between vesicles during freeze-thawing. This work explores how a minimal reversible phase separation system in lipid vesicles could help to implement spatiotemporal control in cyclic processes, as required for minimal cells.

Kompartimentierung ist der Schlüssel zu vielen zellulären Prozessen und kritische Bedingung für minimales Leben. In Zellen sorgt eine komplexe Chemie dafür, Biomoleküle zur richtigen Zeit am richtigen Ort zusammenzubringen oder sie zu separieren. Durch die Selbstorganisation von Lipiden, Nukleinsäuren und Proteinen entstehen hochspezialisierte Mikroumgebungen mit funktionalen Grenzflächen und Schnittstellen. Wir stellen hier auf Basis von reversibler RNA‐basierter Flüssig‐Flüssig‐Phasenseparation (LLPS) in Riesenvesikeln (GUVs) ein effizientes System zur funktionalen Kompartimentierung vor. Dieses ist in der Lage, eine RNA‐basierte enzymatische Reaktion mithilfe von Frost‐Tau‐(FT)‐Zyklen innerhalb einer Population von GUVs zu propagieren. Wir zeigen, dass eine solche enzymatische Reaktion dadurch beschleunigt werden kann, dass die Reaktanden in der kondensierten RNA‐reichen Phase aufkonzentriert werden. Die gleichmäßige Verteilung von RNA‐Substraten im dekondensierten Zustand ermöglicht den Austausch zwischen den Vesikeln während des Einfrierens und Auftauens. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, inwieweit ein minimales reversibles Phasenseparationssystem in Lipidvesikeln raumzeitliche Kontrolle in zyklischen Prozessen erlaubt, so wie es in Minimalzellen erforderlich wäre.