細(xì)胞內(nèi)的分子聚集有利于基因表達(dá)
活細(xì)胞內(nèi)部是個擁擠的場所，各種蛋白質(zhì)及其他大分子緊緊擠在一起。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，zui近，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)一個研究小組利用人造細(xì)胞系統(tǒng)，對這些聚集在一起的分子進(jìn)行了近似研究，發(fā)現(xiàn)這種緊密聚集有利于基因表達(dá)過程，尤其是在其他條件不理想的情況下。這一發(fā)現(xiàn)有助于合成生物學(xué)家將來開發(fā)出人造細(xì)胞，用于藥物遞送、生物燃料生產(chǎn)和生物傳感器研制等。
各種分子在細(xì)胞內(nèi)的聚集，與人群的聚集沒有太大不同。論文*作者、該校蘭恩計算生物學(xué)中心博士后研究員譚志明（音譯）解釋說，如果一間屋子里只有少數(shù)人，聚攏一處或分散獨(dú)立都很容易；但在一個擁擠的屋子里，想要四處移動就很困難，個體之間就容易更長時間地保持近距離。在細(xì)胞內(nèi)也是如此，如果細(xì)胞內(nèi)的空間很擁擠，兩個分子結(jié)合在一起的情況就會增加。
“在學(xué)習(xí)怎樣制造人造細(xì)胞方面，我們還處于剛剛起步階段。”譚志明說。目前，在合成生物系統(tǒng)大部分研究是以化學(xué)溶液為基礎(chǔ)，而這與分子聚集無關(guān)。大分子聚集是天然細(xì)胞的一個關(guān)鍵特征，通過體積排斥效應(yīng)而影響生化動力學(xué)，減少擴(kuò)散率而增加大分子的結(jié)合率。
為了模仿?lián)頂D的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，研究人員用了多種不同數(shù)量的聚合物，以檢測它們在不同密度水平下的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，密集的環(huán)境使基因轉(zhuǎn)錄變得對環(huán)境缺乏敏感。當(dāng)他們改變鎂、銨和亞精胺（一種能調(diào)節(jié)大分子穩(wěn)定性和結(jié)合能力的化學(xué)物質(zhì)）的密度時，低密度環(huán)境下基因表達(dá)的擾動變化比在高密度環(huán)境下更大。
論文中指出，該研究證明大分子聚集會把生物線路和人造細(xì)胞納米系統(tǒng)中的細(xì)胞成分結(jié)合在一起，從而增加了基因表達(dá)的穩(wěn)定性。研究人員認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)有助于理解細(xì)胞是如何適應(yīng)分子聚集現(xiàn)象的，哪些是進(jìn)化過程中保留下來的，而這些理解可能指導(dǎo)合成生物學(xué)家將來開發(fā)出人造細(xì)胞，用于藥物遞送、生物燃料生產(chǎn)和生物傳感器等。
譚志明說：“人造細(xì)胞在藥物遞送、生物治理和細(xì)胞計算等方面都有著巨大的應(yīng)用潛力。我們的發(fā)現(xiàn)側(cè)重于科學(xué)家怎樣才能利用天然細(xì)胞的功能機(jī)制，使其在合成細(xì)胞系統(tǒng)和人造與天然細(xì)胞混合系統(tǒng)中發(fā)揮優(yōu)勢。”
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