科學(xué)家們第一次在細(xì)胞外重建細(xì)胞分裂

每一個(gè)生物都會(huì)從掠食者，螞蟻到面包屑，向陽(yáng)光下移動(dòng)。但在最基本的層面上，科學(xué)家仍在努力掌握我們自己的細(xì)胞如何建立，移動(dòng)，運(yùn)輸和分裂背后的物理學(xué)。

“允許有機(jī)體移動(dòng)和改變形狀的機(jī)制是生命所固有的，它們都是物理學(xué)所固有的，”芝加哥大學(xué)物理學(xué)教授瑪格麗特加德爾說(shuō)。“盡管它們對(duì)我們對(duì)生物學(xué)的理解有多重要，但其中很多仍然知之甚少。”

Gardel領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)創(chuàng)新的研究，該研究首次重建細(xì)胞分裂機(jī)制 - 在細(xì)胞外部。該實(shí)驗(yàn)由博士后Kim Weirich領(lǐng)導(dǎo)，于5月21日在“ 美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊”上發(fā)表，幫助科學(xué)家了解細(xì)胞開展日?；顒?dòng)的物理過程，并有朝一日可以帶來(lái)醫(yī)學(xué)上的突破，為新種做出創(chuàng)意。材料甚至人造細(xì)胞。

“細(xì)胞如何分裂是試圖創(chuàng)造生命的最基本方面之一，這是我們數(shù)百年來(lái)一直試圖理解的東西，”研究資深作者Gardel說(shuō)，他結(jié)合了物理學(xué)和生物學(xué)來(lái)研究如何細(xì)胞自我改造。

細(xì)胞在身體中移動(dòng)，但是一些最復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)部，因?yàn)樗鼜囊粋€(gè)地方運(yùn)送成分和供應(yīng)物，變平或膨脹，并分裂以重建自身。這種舞蹈的關(guān)鍵參與者之一是肌動(dòng)蛋白，一種將自身組裝成棒和結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。

加德爾的團(tuán)隊(duì)想要了解肌動(dòng)蛋白作用背后的物理學(xué)。因此Weirich轉(zhuǎn)向了科學(xué)家對(duì)這個(gè)問題的主要方式之一：采取成分并嘗試在細(xì)胞外構(gòu)建它們。

Weirich分離出肌動(dòng)蛋白，看著它們形成呈杏仁狀的液滴。當(dāng)Weirich添加肌球蛋白(肌肉中常見的“運(yùn)動(dòng)”蛋白質(zhì))時(shí)，它們會(huì)自發(fā)地發(fā)現(xiàn)液滴兩端之間的中心，并將液滴夾在兩端。

Gardel說(shuō)，他們對(duì)這個(gè)過程感到非常震驚。“這沒有先例。它看起來(lái)就像驅(qū)動(dòng)細(xì)胞分裂的紡錘。”

與UChicago物理學(xué)家Thomas Witten和化學(xué)家Suriyanarayanan Vaikuntanathan一起工??作，博士后研究員Kinjal Disbas模仿了物理學(xué)。

當(dāng)在液滴中時(shí)，棒狀肌動(dòng)蛋白分子喜歡平行排列以最小化沖突，形成杏仁形狀。較長(zhǎng)的肌球蛋白分子更喜歡聚集在中心，以便它們?nèi)阅鼙３峙c肌動(dòng)蛋白平行。但隨著更多的肌球蛋白聚集，它們開始粘在一起，形成有利于傾斜而不是保持平行的簇 - 因此它會(huì)捏成兩半。這是第一次詳細(xì)了解一個(gè)細(xì)胞如何完成這項(xiàng)任務(wù)。

Gardel說(shuō)，觀察這個(gè)過程 - 生物如何利用液滴的結(jié)構(gòu)來(lái)形成更多的生命 - 不僅令人著迷，而且非常有用。雖然蛋白質(zhì)的類型在細(xì)胞分裂方面不同，但基本原理可能類似。“這是你需要知道的事情，想象為傷口建造像人造組織這樣的東西，”她說(shuō)。

“最終，生物學(xué)中的大量問題是關(guān)于分子的合奏是如何協(xié)同作用的，”她說(shuō)，“因?yàn)檫@些通常是內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料，所以它們很難建模。這類研究允許我們有機(jī)會(huì)探索發(fā)揮作用的基本原則。“