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- 研究可以推動生物技術的進步：藥物、防護設備、傳感器
- 來源：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)表于 2023/4/24
新的陸軍資助的合成生物學研究操縱了細胞中的微隔室，有可能使醫(yī)學，防護設備和工程應用的生物制造進步成為可能。
壞細菌可以在惡劣的環(huán)境中生存 - 包括在高酸性人類胃內(nèi) - 這要歸功于它們能夠?qū)⒍舅馗綦x到微小的隔間中。
在ACS Central Science上發(fā)表的一項新研究中，西北大學的研究人員控制了蛋白質(zhì)組裝，并將這些微隔室構建成不同的形狀和大小，包括長管和多面體。由于這項工作闡明了病毒和細胞器等生物單元的發(fā)展方式，因此它還可以為設計對納米技術至關重要的醫(yī)學，合成細胞和納米反應器提供新的方法。
“這些結果是我們設計復雜蛋白質(zhì)隔室的能力向前邁出的令人興奮的一步，”美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部（稱為DEVCOM）陸軍研究實驗室項目經(jīng)理Stephanie McElhinny博士說�！澳軌蚩刂七@些隔間的大小和形狀可以實現(xiàn)復雜的生物制造方案，這些方案是定制的，以支持復雜分子和多功能材料的效率生產(chǎn)，可以為未來的陸軍提供增強的制服，防護設備和環(huán)境傳感器。
再往前走，這些見解可能會導致新的抗生素，這些抗生素針對病原體的微區(qū)室，同時保留有益細菌。
研究人員控制蛋白質(zhì)組裝并將細胞微隔室構建成不同的形狀和大小，從而為各種工程應用提供生物啟發(fā)的構建塊。
“通過精心設計具有特定突變的蛋白質(zhì)，我們能夠控制形成細菌微區(qū)室的蛋白質(zhì)的組裝，”領導理論計算的西北大學材料科學與工程和化學教授Monica Olvera de la Cruz博士說。“我們還用它來預測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)組裝并將細胞微區(qū)室構建成不同的形狀和大小，從而為各種工程應用提供生物啟發(fā)的構建塊 圖片來源：Monica Olvera de la Cruz，西北大學
許多細胞使用區(qū)室化來確保各種生化過程可以同時發(fā)生而不會相互干擾。這些微隔室由蛋白質(zhì)組成，是各種細菌物種生存的關鍵。
“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，”領導實驗工作的西北大學化學和生物工程副教授Danielle Tullman-Ercek博士說�！暗俏覀兊墓ぷ魈峁┝巳绾胃淖兯鼈円詫崿F(xiàn)特定形狀和大小的第一個線索。
為了研究這些關鍵的隔室，西北大學的研究小組轉(zhuǎn)向腸道沙門氏菌，它依靠微型隔室來分解腸道中有益細菌的廢物。當研究人員對從沙門氏菌中分離出的蛋白質(zhì)進行基因操作時，他們注意到微隔室形成了長管。
“我們看到了這些奇怪的擴展結構，”Tullman-Ercek說�！翱雌饋硭麄兪褂貌煌臉嫿▔K來形成具有不同屬性的不同形狀。
通過將隔間的機械性能與隔間內(nèi)的化學物質(zhì)相結合，Olvera de la Cruz和她的團隊使用理論計算來預測不同的突變?nèi)绾螌е虏煌男螤詈痛笮 ．斄娴鞍踪|(zhì)組裝在一起時，它們形成長管。當五面蛋白質(zhì)組裝在一起時，它們形成了足球形狀的二十面體。研究小組還預測，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導致各種工程應用的生物啟發(fā)構建模塊，這些應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。從細菌中學習可以幫助我們在這個微觀尺度上建立新的更好的結構。
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