Nature重磅：首个具备被动运输才能的“天然细胞”问世

起源：生物摸索 2021-09-21 13:23

恒久以来，天然性命始终是生物医学界的前沿话题， 2020年美国迷信家克雷格·文特尔团队向天下发布，首例天然性命——完整由天然基因节制的单细胞细菌诞生，开启了“天然细胞”的新期间。但遗憾的是，研讨发现这些细胞“复成品”往往缺乏执行简单细胞进程的才能，如被动运输。近日，这一难题终于取得了严重突破。美国纽约年夜学和芝加哥年夜学的科研团队结合在顶级期刊《Nature》上

恒久以来，天然性命始终是生物医学界的前沿话题， 2020年美国迷信家克雷格·文特尔团队向天下发布，首例天然性命——完整由天然基因节制的单细胞诞生，开启了“天然细胞”的新期间。但遗憾的是，研讨发现这些细胞“复成品”往往缺乏执行简单细胞进程的才能，如被动运输。

近日，这一难题终于取得了严重突破。美国纽约年夜学和芝加哥年夜学的科研团队结合在顶级期刊《Nature》上颁发了一篇题为“Transmembrane transport in inorganic colloidal cell-mimics”的研讨，他们应用人工合成资料设计了一种具备单个微孔的“有机中空微胶囊”，它可作为一种“天然细胞”，重现活细胞的根本功效，完成被动运输。

众所周知，细胞是生物体根本的构造和功效单元，是成长、发育的根底，解析其构造和功效关于迷信家懂得性命与基因的奥妙具备紧张意义。然而，虽然今朝研讨曾经取得严重停顿，但天然细胞仍有诸多成绩有待解决，如活细胞的一个根本功效“被动运输”，它可以帮忙活细胞从情况中排汇需要的养分物资、贮存能量、并扫除代谢废料，但天然细胞却缺乏这种才能。为此，在这项最新的研讨中，迷信家们将重点放在天然细胞的被动运输才能上。

那么作甚被动运输呢？被动运输便是物资逆浓度梯度，在卵白和能量的作用下将物资运进或运出细胞膜的进程。这个进程不仅要借助于镶嵌在细胞膜上特同性通报卵白质分子作为，并且还须耗费细胞代谢所发生的能量来实现。是以，细胞膜对活细胞实现各项性命运动有紧张作用。

在这项最新的实验中，为了设计天然细胞，研讨职员使用一种聚合物制造出了细胞膜替代物“红细胞年夜小的球形膜”，以便于节制物资进出细胞，然后他们为了模拟细胞中可进行物资互换的卵白质通道，在球形膜上钻了一个微型孔，造成了一个通道。

随后，在构建“天然细胞”的后期任务筹备停当后，研讨职员开端着手思索若何为这种细胞复成品的“被动运输”进程提供能源起源。

他们在天然细胞的通道内增加了一种固体光催化剂，当被光激活时，这种催化剂会作为外部泳动泵发扬作用，通过化学反馈造成一个巨大的真空情况，并将四周的物资拉入细胞膜中。当结束光照时，物资被捕捉，并在细胞膜内进行反馈。同时这一化学反馈还可以逆转，用于分泌废料。

末了，研讨职员在分歧的情况中测试了这些天然细胞，将它们置于悬浮液中，同时用光激活，令人震惊的事情产生了，这些细胞可以从四周情况中捕捉固体颗粒、杂质、乳液液滴和。此外，还可以搜集具备分歧几何形态和身分的颗粒，然后将其交融在一路造成复合混合物。更紧张的是，一维年夜于微孔直径的棒状颗粒也能无效地在细胞内运输。这个征象为咱们提供了一团体造细胞用途的新思绪，即可用于清算液体中的宏观净化物，如污染水资本。此外，还可以给细胞装上药物，依据指令开释药物。

该研讨的通信作者、纽约年夜学化学副传授StefanoSacanna表现：“咱们可以把这些天然细胞吃净化物的进程想象成吃豆人（PAC-MAN）游戏。其技术理念是将迄今为止仅限于活细胞的被动运输功效增加到天然细胞中，技术焦点是在细胞外部装置可提供能源的活性元件，使其与细胞壁施加的物理限定产生协同作用，以便摄入、处置和排出异物”。

总而言之，这项研讨为构建“细胞模拟物（cellmimics）”提供了一个蓝图，其将来的潜在利用范畴可从药物递送到情况迷信，下一步，科研职员将摸索出天然细胞的其他功效，并找到天然细胞互相“交流”的办法。但天然性命毕竟是科幻照样事实？它会给咱们的生存带来怎么的改动？它给人类带来的到底是福音、照样劫难还需光阴去证实。(100yiyao.com）

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