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合成生物膜能像活细胞一样生长

美国加州大学圣地亚哥分校研究人员成功合成了一种人造细胞膜,能像活细胞一样不断地生长。这一成果让科学家们能在今后的研究中,更精确地再现活细胞膜的性质,将成为合成生物学及生命起源研究的一种重要工具。相关论文发表在本周出版的美国《国家科学院院刊》上。

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细胞膜是一种双磷脂层的膜,在所有活生物中,它都是一种能生长的动力结构。迄今为止,科学家已造出了大量模仿磷脂膜的结构,但与天然膜还有着本质区别:这些仿生系统不能持续生长,因为它们不能补充磷脂—合成催化剂。


“其他科学家利用了脂类能自动形成双层囊泡的能力,这种性质很像细胞膜,但迄今为止还没人能模仿天然细胞膜,让它们的磷脂膜持续生长。”研究小组负责人、该校化学与生物化学副教授尼尔·德瓦拉杰解释说,“我们的人造细胞膜能持续合成所有的必需成分,形成更多的催化膜。它们虽然完全是人造的,却能模仿那些复杂的活生物的许多特征,比如对环境信息产生反应,并适应环境的能力。”


研究小组用一种单一的自动催化剂代替天然的复杂生化路径网络,该催化剂同时还能驱动膜的生长。这种系统能不断地把更简单、更高能的“基本建材”转变成新的人造膜,不仅能持续合成磷脂,长成囊泡,还能优先选择与某些特殊物质结合,改变自身物理成分以适应环境变化。


“我们的研究结果表明,当供给更简单的化学基本建材时,就能出现具有无限自我合成能力的复杂脂质膜。”德瓦拉杰说,“合成细胞膜能像真正的细胞膜那样生长,对合成生物学以及研究生命的起源来说,都将是一种重要的新工具。”


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