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【雷尔选定】【雷尔科学】
翻译:玉米壳  校对:David
文章来源:
https://phys.org/news/2018-05-photosynthetic-artificial-cells.html
2018年5月29日




 
人造细胞光合引擎

 
膜(红色外边界)封装了肌动蛋白(白线),这是细胞骨架和组织的蛋白质组成部分。肌动蛋白在膜内结合三磷酸腺苷(ATP)合成与人造细胞器(绿点)聚合而成。
 在寻求构建人造细胞时,有两种方法:第一种方法是重新设计活细胞的基因组软件。第二,专注于细胞硬件,从头开始构建简单的细胞样结构,模仿活细胞的功能。第二种方法中最大的挑战之一是模仿细胞执行复杂行为所需的复杂化学和生物反应。

现在,来自哈佛大学和首尔西江大学的国际研究人员组建了一个细胞样结构,利用光合作用进行能量收集,碳固定和细胞骨架形成等代谢反应。该研究发表在《自然生物技术》上。

“这项研究是哈佛大学与西江大学之间丰富合作的一部分,它为细胞水平的研究开辟了几条不同的战线”, 哈佛大学生物工程与应用物理系教授吉特·帕克(Kit Parker)说 “我们利用光激活代谢活动,在活细胞中构建了一个按需蛋白质网络,并将所需的所有成分包装到一个细胞中。我们已经证明的机制应该是开发可表现出稳态和复杂的细胞行为的多种人造细胞调节网络的第一步”。

为了建立这个合成系统,研究人员从植物和动物世界的独特成分中设计出了一种光合细胞器。

“我们的想法很简单,”李永勇(Keel Yong Lee)博士后研究员说,“我们选择了两种蛋白质光转换器 ,一种来自植物,另一种来自细菌 ,可以在细胞膜上产生梯度以触发反应”。
 

 
肌动蛋白生成的调节。红光通过在细胞器内部产生质子促进ATP合成,而绿光通过消耗质子阻碍ATP合成。
光电转换器对不同波长的光敏感:一个红色,另一个绿色。这些蛋白质包含在一个简单的脂质膜中,以及产生三磷酸腺苷(ATP)的酶,这是细胞必需的能量载体。当膜被红光照射时,发生光合化学反应,产生ATP。当膜被绿灯照亮时,生产停止。开启和关闭能量生产的能力允许研究人员控制细胞内的许多反应,包括肌动蛋白的聚合,细胞和组织的典型构建块。

能够控制和调整肌动蛋白的生产使研究人员能够控制细胞膜的形状,并可能提供一种方法来设计移动细胞。这种自下而上的方法可用于构建其他人造细胞器,如内质网或核样系统,并且可能是人造细胞样系统的第一步,可以模拟生物细胞的复杂行为。将功能性蛋白质和细胞器网络引入人造细胞环境将为实现从头构建细胞的伟大目标铺平道路。

“从生育医学到创伤伤口,再到其他更加异常的疾病,我们现在对控制细胞发展过程的工具和要求有了基本的了解。细胞修复术的想法越来越接近这个结果”,帕克说。
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