细胞喜欢吞咽和打嗝。它不是消化不良。相反,细胞挤出的小脂肪团可以与另一个细胞合并,以共享物质和信息。它是人体通讯基础设施的重要组成部分。

而且它可以被黑客攻击。

a的作者新研究在里面自然催化将这些被称为外泌体的斑点重新编程,使之成为一群活的纳米生物反应器。这是一个看似简单的混合和搭配过程:每个斑点都充满了不同的化学物质,这与生物反应有关。将两种化学物质放在一起,这些斑点就会融合成一个黏糊糊的容器,让两种化学物质发生反应。

结果是爆炸性的。这种微小的生物反应器在活细胞内泵出叫做ATP的能量分子。能量的爆发拯救了受伤的细胞,为它们提供了强大的力量来对抗危险分子,否则会导致细胞死亡。

作者说:“我们组装了一个人工组件,可以在生命系统中有效地进行通信。”。

产生能量是一个巨大的用途,它可以潜在地保护组织免受中风或其他伤害。但这只是表面现象。纳米生物反应器是修补细胞内部运作的新方法。潜在的用途很广泛,例如从人体中保存组织变老或者癌症。

“这种方法可以……解决自下而上的合成生物学和生物灵感工程中的重要挑战,”该团队写道。它“代表着在模仿自然界自身细胞器方面的进步。”

满足您的细胞器

你听说过器官,但它们是什么细胞器? 让我们放大一个单元格。

我们的细胞基本上都是小城市,每个都有复杂的基础设施。想象一下,一个巨大的雪球上有许多较小的结构,有些是球状的,有些像漂浮的海藻碎片,它们快乐地依偎在脂肪的外壳里。这些成分中的每一种都被称为细胞器,因为它们与器官类似,具有个体化的功能。

这是细胞核,一个桃核状的结构,里面有洞,容纳着我们的DNA。这是溶酶体,一袋嘶嘶作响的酸,是一种废物处理工具,可以分解细胞的黏液。线粒体是一种松软的外星细胞器,外表光滑,但内部有毛刷状的手指,是产生能量的材料。

每个细胞器构成一个微环境,因此它们可以半独立地发挥作用。这就是为什么我们的细胞是如此高效的化学工厂,多亏了细胞器,它们可以进行平行的串联反应,维持生命。基本上,细胞器允许细胞成为多任务者,因为每个细胞都是自己的生物反应器。

如果一个人倒下了怎么办?

人工替代品

当一个城市的电网瘫痪时,最好有一台备用发电机来保持能量流动。

这项新研究想知道我们能否为这种细胞制造微型发电机。人体产生能量的主要细胞器是线粒体。在中风或癌症等疾病中,甚至随着我们年龄的增长,它们的功能会下降。这会导致组织损伤,进而在心脏、肌肉和大脑上留下疤痕。

我们能不能用人造的细胞器来代替濒临死亡的细胞器?

输入合成生物学。长期以来,科学家们一直了解在一个特定的细胞器内发生的复杂的生化反应,例如,那些制造能量分子ATP的细胞。我们有食谱。问题是在原来的厨房烧毁后再建一个新厨房这样我们就能做出同样的分子菜肴了。

细胞的消化功能就在这里发挥作用。细胞有一层液体外膜,就像双层的肥皂泡,它可以拧成一个单独的、更小的气泡,包裹细胞化学物质。这有点像用一大团面团和馅料做饺子或意大利饺子。一旦这些外泌体从细胞中释放出来,它们就会漂浮到附近的细胞中,被吞噬,并将其内容物释放到细胞中。

换句话说:外质体是一种很好的包装材料,可以用来填充化学成分来模拟细胞器。

下一步是控制核聚变。外泌体非常乐意彼此融合,不管它们携带的货物是什么。这可能会很危险。想想把每一种烹饪原料倒进平底锅里,然后触发火警——这在细胞里不是最好的结果。相反,我们希望按步骤添加这些成分。

团队的解决方案是磁铁。某种程度上。他们在外小体包装物的表面点缀了一种分子,儿茶酚,它能吸附金属离子。然后将儿茶酚与不同的蛋白质“邮政编码”连接起来,将外显子体指向特定的细胞。

通过这种方式,外泌体可以将目标组织作为睡眠剂。它们只有在浇上一层铁粉后才会熔化和反应,生成最终产品。

在他们的第一个试管实验中,研究小组在培养皿中诱导细胞分泌外泌体。这些“包装纸”随后被提纯,并重新填充两种不同的化学物质。当它们混合和反应时,这些化学物质释放出荧光信号,在显微镜下很容易看到。为了将两种不同的外泌体连接在一起,研究小组将儿茶酚——铁粒子的粘性手——生物工程到它们的外壳上。只要一滴金属铁,外泌体就会相互拉近并融合成一个巨大的斑点。

这两种化学物质混合在一起,瞧,这个新发明的人造细胞器发出荧光,就像一棵圣诞树。同样的混合发生在三个不同的团,每个团携带一个单一的反应物,融合在一起。

对作者来说,这证明了他们的纳米生物反应器工作可靠:每个反应器都能携带高反应性的化学物质,但只有在得到提示的情况下才能启动生产。

能量爆发

在鼓励下,研究小组着手设计一种人工线粒体,这种细胞器可以输出能量分子ATP。

细胞是脆弱的生物。当缺氧时,他们会迅速烹调出有毒的化学物质汤,其中包括被称为活性氧(ROS)的微小子弹,这些子弹会穿透细胞的各个隔间。对抗这种下降的一种方法是提高细胞的能量来源,这有助于对抗这些破坏性分子。不幸的是,细胞的主要ATP生产工厂,线粒体,是第一个倒下的。

作为替代方案,研究小组将四种蛋白质和化学物质放入外泌体生物反应器中,其中主要的一种是ATP合酶,它(你猜对了)在糖存在的情况下帮助合成ATP。

随着细胞自身线粒体陷入困境,研究小组将这些重新编程的外泌体送入细胞。一旦融合,纳米反应器将电池的能量产量提高了近两倍。危险的ROS分子水平也降低了,这表明人工替代细胞器提供了一条生命线。

“据我们所知,没有研究报告这种能力与外体融合有关,”作者说。

作为下一步,科学家们将梳理出免疫系统如何对这些自然生物反应器做出反应,它们在体内持续多久,以及它们对其他生化反应的作用如何。但多亏了系统的即插即用模式,我们现在有了一种控制和重新编程活细胞生命的新方法。

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