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- 研究可以推動(dòng)生物技術(shù)的進(jìn)步：藥物、防護(hù)設(shè)備、傳感器
- 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)表于 2023/4/24
新的陸軍資助的合成生物學(xué)研究操縱了細(xì)胞中的微隔室，有可能使醫(yī)學(xué)，防護(hù)設(shè)備和工程應(yīng)用的生物制造進(jìn)步成為可能。
壞細(xì)菌可以在惡劣的環(huán)境中生存 - 包括在高酸性人類胃內(nèi) - 這要?dú)w功于它們能夠?qū)⒍舅馗綦x到微小的隔間中。
在ACS Central Science上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，西北大學(xué)的研究人員控制了蛋白質(zhì)組裝，并將這些微隔室構(gòu)建成不同的形狀和大小，包括長(zhǎng)管和多面體。由于這項(xiàng)工作闡明了病毒和細(xì)胞器等生物單元的發(fā)展方式，因此它還可以為設(shè)計(jì)對(duì)納米技術(shù)至關(guān)重要的醫(yī)學(xué)，合成細(xì)胞和納米反應(yīng)器提供新的方法。
“這些結(jié)果是我們?cè)O(shè)計(jì)復(fù)雜蛋白質(zhì)隔室的能力向前邁出的令人興奮的一步，”美國(guó)陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部（稱為DEVCOM）陸軍研究實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目經(jīng)理Stephanie McElhinny博士說。“能夠控制這些隔間的大小和形狀可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的生物制造方案，這些方案是定制的，以支持復(fù)雜分子和多功能材料的效率生產(chǎn)，可以為未來(lái)的陸軍提供增強(qiáng)的制服，防護(hù)設(shè)備和環(huán)境傳感器。
再往前走，這些見解可能會(huì)導(dǎo)致新的抗生素，這些抗生素針對(duì)病原體的微區(qū)室，同時(shí)保留有益細(xì)菌。
研究人員控制蛋白質(zhì)組裝并將細(xì)胞微隔室構(gòu)建成不同的形狀和大小，從而為各種工程應(yīng)用提供生物啟發(fā)的構(gòu)建塊。
“通過精心設(shè)計(jì)具有特定突變的蛋白質(zhì)，我們能夠控制形成細(xì)菌微區(qū)室的蛋白質(zhì)的組裝，”領(lǐng)導(dǎo)理論計(jì)算的西北大學(xué)材料科學(xué)與工程和化學(xué)教授Monica Olvera de la Cruz博士說�！拔覀冞�用它來(lái)預(yù)測(cè)自然界中尚未觀察到的其他可能地層。
研究人員控制蛋白質(zhì)組裝并將細(xì)胞微區(qū)室構(gòu)建成不同的形狀和大小，從而為各種工程應(yīng)用提供生物啟發(fā)的構(gòu)建塊 圖片來(lái)源：Monica Olvera de la Cruz，西北大學(xué)
許多細(xì)胞使用區(qū)室化來(lái)確保各種生化過程可以同時(shí)發(fā)生而不會(huì)相互干擾。這些微隔室由蛋白質(zhì)組成，是各種細(xì)菌物種生存的關(guān)鍵。
“根據(jù)之前的觀察，我們已經(jīng)知道微隔室的幾何形狀可以改變，”領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作的西北大學(xué)化學(xué)和生物工程副教授Danielle Tullman-Ercek博士說�！暗俏覀兊墓ぷ魈峁┝巳绾胃淖兯鼈円詫�(shí)現(xiàn)特定形狀和大小的第一個(gè)線索。
為了研究這些關(guān)鍵的隔室，西北大學(xué)的研究小組轉(zhuǎn)向腸道沙門氏菌，它依靠微型隔室來(lái)分解腸道中有益細(xì)菌的廢物。當(dāng)研究人員對(duì)從沙門氏菌中分離出的蛋白質(zhì)進(jìn)行基因操作時(shí)，他們注意到微隔室形成了長(zhǎng)管。
“我們看到了這些奇怪的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，”Tullman-Ercek說。“看起來(lái)他們使用不同的構(gòu)建塊來(lái)形成具有不同屬性的不同形狀。
通過將隔間的機(jī)械性能與隔間內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)相結(jié)合，Olvera de la Cruz和她的團(tuán)隊(duì)使用理論計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)不同的突變?nèi)绾螌?dǎo)致不同的形狀和大小。當(dāng)六面蛋白質(zhì)組裝在一起時(shí)，它們形成長(zhǎng)管。當(dāng)五面蛋白質(zhì)組裝在一起時(shí)，它們形成了足球形狀的二十面體。研究小組還預(yù)測(cè)，蛋白質(zhì)可以組裝成三角形的薩摩薩形狀，類似于油炸的南亞小吃。
了解這一過程可能會(huì)導(dǎo)致各種工程應(yīng)用的生物啟發(fā)構(gòu)建模塊，這些應(yīng)用需要不同形狀和尺寸的組件。
“這就像用樂高積木建造，”Tullman-Ercek說。“一遍又一遍地使用相同的形狀塊是不可取的;我們需要不同的形狀。從細(xì)菌中學(xué)習(xí)可以幫助我們?cè)谶@個(gè)微觀尺度上建立新的更好的結(jié)構(gòu)。
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