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研究可以推动生物技术的进步:药物、防护设备、传感器
来源:互联网 发表于 2023/4/24

新的陆军资助的合成生物学研究操纵了细胞中的微隔室,有可能使医学,防护设备和工程应用的生物制造进步成为可能。


坏细菌可以在恶劣的环境中生存 - 包括在高酸性人类胃内 - 这要归功于它们能够将毒素隔离到微小的隔间中。


在acs central science上发表的一项新研究中,西北大学的研究人员控制了蛋白质组装,并将这些微隔室构建成不同的形状和大小,包括长管和多面体。由于这项工作阐明了病毒和细胞器等生物单元的发展方式,因此它还可以为设计对纳米技术至关重要的医学,合成细胞和纳米反应器提供新的方法。


“这些结果是我们设计复杂蛋白质隔室的能力向前迈出的令人兴奋的一步,”美国陆军作战能力发展司令部(称为devcom)陆军研究实验室项目经理stephanie mcelhinny博士说。“能够控制这些隔间的大小和形状可以实现复杂的生物制造方案,这些方案是定制的,以支持复杂分子和多功能材料的效率生产,可以为未来的陆军提供增强的制服,防护设备和环境传感器。


再往前走,这些见解可能会导致新的抗生素,这些抗生素针对病原体的微区室,同时保留有益细菌。


研究人员控制蛋白质组装并将细胞微隔室构建成不同的形状和大小,从而为各种工程应用提供生物启发的构建块。


“通过精心设计具有特定突变的蛋白质,我们能够控制形成细菌微区室的蛋白质的组装,”领导理论计算的西北大学材料科学与工程和化学教授monica olvera de la cruz博士说。“我们还用它来预测自然界中尚未观察到的其他可能地层。


研究人员控制蛋白质组装并将细胞微区室构建成不同的形状和大小,从而为各种工程应用提供生物启发的构建块 图片来源:monica olvera de la cruz,西北大学

许多细胞使用区室化来确保各种生化过程可以同时发生而不会相互干扰。这些微隔室由蛋白质组成,是各种细菌物种生存的关键。


“根据之前的观察,我们已经知道微隔室的几何形状可以改变,”领导实验工作的西北大学化学和生物工程副教授danielle tullman-ercek博士说。“但是我们的工作提供了如何改变它们以实现特定形状和大小的第一个线索。


为了研究这些关键的隔室,西北大学的研究小组转向肠道沙门氏菌,它依靠微型隔室来分解肠道中有益细菌的废物。当研究人员对从沙门氏菌中分离出的蛋白质进行基因操作时,他们注意到微隔室形成了长管。


“我们看到了这些奇怪的扩展结构,”tullman-ercek说。“看起来他们使用不同的构建块来形成具有不同属性的不同形状。


通过将隔间的机械性能与隔间内的化学物质相结合,olvera de la cruz和她的团队使用理论计算来预测不同的突变如何导致不同的形状和大小。当六面蛋白质组装在一起时,它们形成长管。当五面蛋白质组装在一起时,它们形成了足球形状的二十面体。研究小组还预测,蛋白质可以组装成三角形的萨摩萨形状,类似于油炸的南亚小吃。


了解这一过程可能会导致各种工程应用的生物启发构建模块,这些应用需要不同形状和尺寸的组件。


“这就像用乐高积木建造,”tullman-ercek说。“一遍又一遍地使用相同的形状块是不可取的;我们需要不同的形状。从细菌中学习可以帮助我们在这个微观尺度上建立新的更好的结构。

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