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重要进展!最小基因组的人造生物,终于学会细胞分裂和产生一氧化氮

发布时间:2021/3/31 15:45:27 作者:辉骏生物

早在2016年,科学家克莱格·文特尔等人宣布合成出“迷你”细胞,创造了当时已知拥有最小基因组的人造生物。这个像细菌一样的单细胞仅含有473个基因,数量比大肠杆菌要低上一个数量级!这些细胞被命名为JCVI-syn3.0,能在琼脂上生长和分裂,生成名为菌落的细胞簇。论文一经发表,就得到了科学界的广泛讨论,认为这是合成生物学领域的一大突破。

然而文特尔团队发现,这个人造生物并非尽善尽美,比如在生长和分裂时,就会产生异常,形成的子细胞形态各异,看起来很病态。2021年3月30日,顶尖学术期刊《细胞》在线发表了一篇论文,对这种人造生物进行了优化,让它能够类似正常细胞般分裂。《科学》杂志同日也刊发新闻报道这个发现,提到这又是一个重要的进展。

科学杂志文章.jpg
前面说到人造细胞在生长和分裂时,就会产生异常,为什么会这样呢?研究人员们回过头去审视他们创造的细胞。他们发现在过去产生的各种不同的精简版里,有一个版本虽然只和第一版少了76个基因,但也会在细胞分裂过程中出现问题。也就是说,决定细胞分裂成功是否正常的关键,就藏在这76个基因里。在多年辛苦的探索之下,研究人员们找到了19个维持正常细胞分裂所需的基因。当把关键的一些基因引入到2016年的JCVI-syn3.0里后,虽然总基因数依旧不足500个,但细胞分裂看起来正常多了。

有意思的是,不少基因的功能并没有得到阐明。在论文的摘要中,研究人员们提到有一些基因编码了水解酶,但不知道底物是什么。还有四条基因编码了膜相关蛋白,但功能完全不明确。这些结果也表明细胞正常分裂需要多个基因的参与,且我们还没有搞清其中的所有细节。

说完能正常分裂的人造细胞,再来看看产生一氧化氮的人造细胞:

2020年11月,湖南大学刘剑波副教授和英国布里斯托大学 Stephen Mann 院士作为共同通讯作者,合作报道了一种产生一氧化氮的人造细胞,具有血管舒张的生理效应,相关研究成果以题为 “Enzyme-mediated Nitric Oxide Production in Vasoactive Erythrocyte Membrane-enclosed Coacervate Protocells” 的文章在线发表在《Nature Chemistry》上。
Nature Chemistry.jpg

该工作基于液液相分离技术制备了凝集体液滴,以其作为载体包载葡萄糖氧化酶,并在其表面包覆红细胞膜磷脂碎片,构建了具有红细胞膜结构的人造细胞。红细胞膜的包被提高了凝集体人造细胞的稳定性,延长了人造细胞在体内的血液循环时间。人造细胞中的葡萄糖氧化酶利用体内的葡萄糖产生过氧化氢,过氧化氢在红细胞膜上血红蛋白的催化下将药物分子羟基脲转化为一氧化氮信号分子。体外实验和活体动物实验均证实了所产生一氧化氮的血管舒张生理效应。

红细胞膜上血红蛋白.jpg

一氧化氮确实是一种神奇的小分子,它广泛分布于生物体内神经、循环、呼吸、消化、泌尿生殖等系统中,特别是神经组织中较丰富。它作为细胞间及细胞内的信息物质,发挥信号传递的作用,是一种新型的生物信使分子,在机体的生理、病理过程中起着重要的作用。

因此,受到人们的普遍重视。Abbkine货号KTB1400的一氧化氮分析试剂盒可精确测量NO。

一氧化氮量值.jpg
目前心血管疾病死亡已占城乡居民总死亡原因的首位,一氧化氮是维持血管张力的气体信号分子。该工作发展的基于人造细胞的一氧化氮供给策略在心血管疾病预防与治疗方面具有潜在的应用前景。

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