合成生物｜人造細胞的里程碑

每隻細胞都需要一個外殼，不僅如此，細胞內部被脂質分隔成不同獨立空間。為了創造適合「人造活細胞」生存的必需環境，合成生物學家希望開發具化學和物理穩定性的細胞外殼。

德國馬普學會（Max Planck Society）和University of Heidelberg, University of Jena，University of Magdeburg，University of Bordeaux等機構的研究人員採用新技術生產了一系列不同類型的脂肪酸，它們能組裝成極像天然細胞膜的微粒，接下來科學家們又向微囊泡中填充天然蛋白質，並將這些蛋白質整合到脂質層內。

建立脂質微粒是創建天然細胞模型系統的必經步驟。天然細胞膜的結構看起來簡單，實際上它們的特性卻很難人工重現。過去構建的人造細胞「外殼」僅是些不穩定的無孔脂肪分子，以至於不能載入許多細胞進程分子。

在這篇《Nature Materials》（doi:10.1038/nmat5005）文中，Max Planck的科學家和同事們使用名為「兩親性聚合物（amphiphilic polymers）」的長鏈有機分子形成液滴，液滴外層由全氟聚醚（perfluorinated polyether）構成，內層由附著金納米顆粒的水溶性聚乙二醇（polyethylene glycol）構成。內外層表面活性劑組分差異使液滴得以漂浮在含油介質中，同時還能保持內部的水溶性。

通過微注射系統，研究人員向聚合液滴中注入微小的脂質囊泡。加入鎂離子，可以讓液滴中的小囊泡們打開再合併形成一個獨立的單分子層膜內結構。

「這些脂質囊泡的機械和化學性都很穩定，如此，我們就能將天然細胞蛋白嵌入其中，」Joachim Spatz說。使用專門開發的picoinjection注射系統，研究人員能精確地控制注入的蛋白質數量。「這種技術每秒能精準嵌合1000個細胞蛋白（如肌動蛋白和微管蛋白或跨膜整合蛋白）進入微囊泡，如此快的處理速度足夠用於生物或醫學研究分析，」Spatz解釋道。

之後，科學家們去掉了脂質微粒的表面活性劑，將這些脂質囊泡轉移到水溶液中，使這些小囊泡適用於天然細胞相互作用。

這項研究不僅是代表著人工合成細胞的一大進步，實際上它也提供了一個可用於宿主細胞和病毒相互作用信號分子研究的簡單模型系統。

原文檢索：

Sequential bottom-up assembly of mechanically stabilized synthetic cells by microfluidics

來源：生物通