Only Perception: 簡單模型細胞了解細胞複雜性關鍵

2008-05-18

簡單模型細胞了解細胞複雜性關鍵

Simple Model Cell is Key to Understanding Cell Complexity
http://www.physorg.com/news130090764.html

May 15, 2008

一個來自於賓州州立大學的團隊發展出一種簡單的人造細胞，以它來研究二種最基本細胞元件的組織（organization）與功能：細胞膜與細胞質 -- 這種凝膠狀的液體圍繞在活細胞的結構中。這項研究將導致新藥物的創造，那利用細胞組織的的特性來避免疾病發展。該團隊的發現本月稍後將發表於Journal of the American Chemical Society 期刊中。

"許多科學家嘗試要透過關閉基因，每次一個，並觀察發生在細胞功能上的效應來理解細胞，但我們以相反的方式來進行，" 化學副教授 Christine D. Keating 表示，她領導此研究。"我們從頭開始，加入元件以找出何者為模擬最基本細胞功能所需。我們的目標是要找出有多少複雜性能在非常簡單的分子匯集中被觀察到。"

建立在先前的研究上，那發表於 2008 1/16 該期的 Journal of the American Chemical Society 上，Keating 及其同僚打造一個簡單的模型細胞，把二種不同聚合物的溶液當成細胞質：聚乙二醇（PEG）與葡萄聚糖（dextran）。研究者將這種聚合物溶液封裝到一個細胞膜中，而且因為二種聚合物並不會混合，其中一相（phases）如同蛋白環繞蛋黃那樣，包圍另一種。該團隊接著將這個「細胞」暴露在高濃度的糖溶液中。經由一種稱為滲透作用的程序 -- 在其中，水會從水濃度較高的地方穿越細胞膜擴散到水濃度較低的地方 -- 水會從細胞內相對較稀聚合物溶液跑到細胞外更濃稠的糖溶液。結果，細胞膜內聚合物的容積減少了。

由於一個細胞膜現在太大了，而且也不受其球形形狀所約束，這個細胞轉變成一種出芽的（budded）形狀。富含葡萄聚糖的混合物填滿這個芽，而富含PEG 的混合物則仍留在這個細胞中。這種新結構展現出這個團隊已在尋找的複雜性類型；它展現了極性（polarity）。"極性對於生長相當關鍵，" Keating 說。"在某種複雜的多細胞生物，如人類，的生長中，那是很重要的第一步，在其中，不同細胞完成不同功能。"

在先前的研究中，這個團隊創造出一種膜，那完全相同，不過在她們最近的報告中，她們描述了一種不對稱膜，包含了脂質分子的混合物。這些脂質分子當中的某些包含了微小的一部份 PEG，那與「細胞質」當中的 PEG 起交互作用，因此引起這種模型細胞中的極性。"我們的研究證明細胞質與細胞膜的相互關係，" Keating 說。

這個團隊的下一步是要在極性中創造一連串過程（cascade）。"透過不同成份創造出一種模型細胞質，我們證明我們能控制細胞膜的行為，" Keating 說。"現在，我們想要找出將發生什麼事，例如：如果我們添加一種酵素，其活性取決於細胞質與細胞膜的組成。"

雖然 Keating 與她的同僚計畫要繼續添加元件她們的模型細胞中，不過她們並不預期會造出一個真正的細胞。"我們並非在這裡產生生命。相反的，我們想要了解統治生物系統的生理原理，" Keating 說。"對我而言，這個大幅圖像是試著要去理解在生物系統中觀察到的、驚人的複雜性，如何從似乎是很簡單的化學與物理原理中產生。"

※ 很妙的研究。

＊ Positioning Lipid Membrane Domains in Giant Vesicles by Micro-organization of Aqueous Cytoplasm Mimic
http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/jacsat/asap/abs/ja710746d.html