人體由3000萬至4000萬個細胞組成，這是一個由血細胞、神經(jīng)元和構(gòu)成器官和組織的特化細胞組成的龐大而復雜的網(wǎng)絡。到目前為止，細胞生物學領(lǐng)域的一個主要挑戰(zhàn)是確定哪些機制控制它們之間的交流。
這項研究由賓夕法尼亞大學化學系的Virgil Percec領(lǐng)導，與坦普爾和亞琛大學細胞與發(fā)育生物學和生物系合作，為研究合成細胞提供了一個新的工具。Percec和他的團隊通過觀察細胞結(jié)構(gòu)如何決定其與其他細胞和蛋白質(zhì)交流和相互作用的能力，證明了他們方法的價值。他們發(fā)現(xiàn)糖分子在細胞通訊中起著關(guān)鍵作用，細胞通訊是細胞和蛋白質(zhì)相互交流的“通道”。他們在本周的《國家科學院院刊》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
Percec說：“最終，這項研究的目的是了解細胞膜的功能?！叭藗冊噲D理解人類細胞是如何工作的，但很難做到。細胞內(nèi)的一切都像液體一樣，這使得常規(guī)方法很難對其進行分析?！?
細胞生物學家一直用衍射來研究細胞。這包括將它們分開，并拍攝不同部分(如蛋白質(zhì))的原子照片。然而，這種方法的問題是它不允許研究整個細胞。研究人員可以使用熒光顯微鏡等較新的方法來研究整個細胞，但這些工具非常復雜，無法提供衍射所能提供的高分辨率視圖。
以工程合成細胞為模型系統(tǒng)，主要作者、現(xiàn)為亞琛Percec團隊成員的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)，這比人類頭發(fā)的寬度小近10000倍。然后，Percec的團隊建立了一個模型來計算結(jié)構(gòu)圖像和細胞功能之間的關(guān)系。
這項研究是第一個可以在整個合成細胞上使用的類衍射方法的例子。使用這種新方法，Percec的研究團隊發(fā)現(xiàn)，細胞膜表面較低濃度的糖會增加蛋白質(zhì)在其他細胞膜上的反應性。
Percec的目標之一是弄清楚如何控制細胞間的交流和細胞功能，這與他的團隊正在進行的創(chuàng)造由人類細胞和細菌細胞組成的雜交細胞的工作有關(guān)。盡管他的研究團隊自2010年以來一直在研究細胞膜模擬和工程系統(tǒng)，但正如Percec所描述的那樣，這種新的類似衍射的方法的發(fā)現(xiàn)是一個“幸運的意外”。
“我們處理別人認為沒有解決辦法的問題。你不可能在一夜之間取得重大突破。“我們團隊中的所有這些人都非常有才華，他們擁有解決各種問題和將故事融合在一起所需的機器?！?
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