人體由3000萬(wàn)至4000萬(wàn)個(gè)細(xì)胞組成，這是一個(gè)由血細(xì)胞、神經(jīng)元和構(gòu)成器官和組織的特化細(xì)胞組成的龐大而復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。到目前為止，細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是確定哪些機(jī)制控制它們之間的交流。
這項(xiàng)研究由賓夕法尼亞大學(xué)化學(xué)系的Virgil Percec領(lǐng)導(dǎo)，與坦普爾和亞琛大學(xué)細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)和生物系合作，為研究合成細(xì)胞提供了一個(gè)新的工具。Percec和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)如何決定其與其他細(xì)胞和蛋白質(zhì)交流和相互作用的能力，證明了他們方法的價(jià)值。他們發(fā)現(xiàn)糖分子在細(xì)胞通訊中起著關(guān)鍵作用，細(xì)胞通訊是細(xì)胞和蛋白質(zhì)相互交流的“通道”。他們?cè)诒局艿摹秶?guó)家科學(xué)院院刊》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
Percec說(shuō)：“最終，這項(xiàng)研究的目的是了解細(xì)胞膜的功能。“人們?cè)噲D理解人類(lèi)細(xì)胞是如何工作的，但很難做到。細(xì)胞內(nèi)的一切都像液體一樣，這使得常規(guī)方法很難對(duì)其進(jìn)行分析?！?
細(xì)胞生物學(xué)家一直用衍射來(lái)研究細(xì)胞。這包括將它們分開(kāi)，并拍攝不同部分(如蛋白質(zhì))的原子照片。然而，這種方法的問(wèn)題是它不允許研究整個(gè)細(xì)胞。研究人員可以使用熒光顯微鏡等較新的方法來(lái)研究整個(gè)細(xì)胞，但這些工具非常復(fù)雜，無(wú)法提供衍射所能提供的高分辨率視圖。
以工程合成細(xì)胞為模型系統(tǒng)，主要作者、現(xiàn)為亞琛Percec團(tuán)隊(duì)成員的Cesar Rodriguez-emmeneger發(fā)現(xiàn)了一種直接用原子力顯微鏡研究細(xì)胞膜的方法。這種方法產(chǎn)生極高分辨率的掃描，顯示出小于納米尺度的形狀和結(jié)構(gòu)，這比人類(lèi)頭發(fā)的寬度小近10000倍。然后，Percec的團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)模型來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)圖像和細(xì)胞功能之間的關(guān)系。
這項(xiàng)研究是第一個(gè)可以在整個(gè)合成細(xì)胞上使用的類(lèi)衍射方法的例子。使用這種新方法，Percec的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜表面較低濃度的糖會(huì)增加蛋白質(zhì)在其他細(xì)胞膜上的反應(yīng)性。
Percec的目標(biāo)之一是弄清楚如何控制細(xì)胞間的交流和細(xì)胞功能，這與他的團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行的創(chuàng)造由人類(lèi)細(xì)胞和細(xì)菌細(xì)胞組成的雜交細(xì)胞的工作有關(guān)。盡管他的研究團(tuán)隊(duì)自2010年以來(lái)一直在研究細(xì)胞膜模擬和工程系統(tǒng)，但正如Percec所描述的那樣，這種新的類(lèi)似衍射的方法的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)“幸運(yùn)的意外”。
“我們處理別人認(rèn)為沒(méi)有解決辦法的問(wèn)題。你不可能在一夜之間取得重大突破。“我們團(tuán)隊(duì)中的所有這些人都非常有才華，他們擁有解決各種問(wèn)題和將故事融合在一起所需的機(jī)器?！?
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