人體由3000萬至4000萬個細胞組成，這是一個由血細胞、神經元和構成器官和組織的特化細胞組成的龐大而復雜的網絡。到目前為止，細胞生物學領域的一個主要挑戰(zhàn)是確定哪些機制控制它們之間的交流。
這項研究由賓夕法尼亞大學化學系的Virgil Percec領導，與坦普爾和亞琛大學細胞與發(fā)育生物學和生物系合作，為研究合成細胞提供了一個新的工具。Percec和他的團隊通過觀察細胞結構如何決定其與其他細胞和蛋白質交流和相互作用的能力，證明了他們方法的價值。他們發(fā)現糖分子在細胞通訊中起著關鍵作用，細胞通訊是細胞和蛋白質相互交流的“通道”。他們在本周的《國家科學院院刊》上發(fā)表了他們的發(fā)現。
Percec說：“最終，這項研究的目的是了解細胞膜的功能?！叭藗冊噲D理解人類細胞是如何工作的，但很難做到。細胞內的一切都像液體一樣，這使得常規(guī)方法很難對其進行分析?！?
細胞生物學家一直用衍射來研究細胞。這包括將它們分開，并拍攝不同部分(如蛋白質)的原子照片。然而，這種方法的問題是它不允許研究整個細胞。研究人員可以使用熒光顯微鏡等較新的方法來研究整個細胞，但這些工具非常復雜，無法提供衍射所能提供的高分辨率視圖。
以工程合成細胞為模型系統(tǒng)，主要作者、現為亞琛Percec團隊成員的Cesar Rodriguez-emmeneger發(fā)現了一種直接用原子力顯微鏡研究細胞膜的方法。這種方法產生極高分辨率的掃描，顯示出小于納米尺度的形狀和結構，這比人類頭發(fā)的寬度小近10000倍。然后，Percec的團隊建立了一個模型來計算結構圖像和細胞功能之間的關系。
這項研究是第一個可以在整個合成細胞上使用的類衍射方法的例子。使用這種新方法，Percec的研究團隊發(fā)現，細胞膜表面較低濃度的糖會增加蛋白質在其他細胞膜上的反應性。
Percec的目標之一是弄清楚如何控制細胞間的交流和細胞功能，這與他的團隊正在進行的創(chuàng)造由人類細胞和細菌細胞組成的雜交細胞的工作有關。盡管他的研究團隊自2010年以來一直在研究細胞膜模擬和工程系統(tǒng)，但正如Percec所描述的那樣，這種新的類似衍射的方法的發(fā)現是一個“幸運的意外”。
“我們處理別人認為沒有解決辦法的問題。你不可能在一夜之間取得重大突破?！拔覀儓F隊中的所有這些人都非常有才華，他們擁有解決各種問題和將故事融合在一起所需的機器?！?
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