發(fā)布日期：2016-12-08

就像工廠中的流水線一樣，如果人體內(nèi)的酶都匯集到特定的地方，將原料在酶與酶之間有序傳遞的話，就可以更有效地生產(chǎn)最終產(chǎn)品。最近，康奈爾大學(xué)貝克動(dòng)物健康研究所的科學(xué)家們利用納米粒子將酶固定在特定位置上，首次合成了包含10道工序的“酶生產(chǎn)線”。

他們的研究靈感來(lái)源于精子。在精子尾巴中，納米粒子通過(guò)激活酶的活性來(lái)獲得生物功能。這些酶將糖轉(zhuǎn)化為乳酸和能量，使精子能夠以每秒5個(gè)身長(zhǎng)的速度前行。

該研究的第一作者、博士后研究員Chinatsu Mukai說(shuō)：“精子是極其高效的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。”在貝克研究所的亞歷克斯·特拉維斯（Alex Travis）實(shí)驗(yàn)室中，Mukai等人一直從事新陳代謝和精子功能的研究。他們的想法是模仿精子的尾部，試圖在小型人造裝置上實(shí)現(xiàn)相同的能量轉(zhuǎn)換效率。這項(xiàng)研究獲得了國(guó)立衛(wèi)生研究院Pioneer Grant項(xiàng)目的支持，其成果近日發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie）期刊上。

在細(xì)胞中，大多數(shù)將糖轉(zhuǎn)化為能量（“糖酵解”作用）的酶漂浮在細(xì)胞液中，只作用于“恰好路過(guò)”的糖分子。但在精子中，進(jìn)行糖酵解的酶附著于固體蛋白質(zhì)所確定的特定區(qū)域，這些固體蛋白質(zhì)位于細(xì)胞膜正下方，分布在精子尾巴的絕大多數(shù)地方。

特拉維斯說(shuō)：“糖分子通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞后立即被下方的酶捕捉，然后被以‘流水線’的方式傳遞給下一個(gè)酶。這種方式在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的能量。”

特拉維斯實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的生物系統(tǒng)采用了類似的工作機(jī)理：糖分子有序通過(guò)連接在納米顆粒上的酶，產(chǎn)生大量的能量。與溶液中游離的酶相比，固定位置的酶能夠更加有效地將葡萄糖轉(zhuǎn)化成乳酸鹽，留下更少的中間產(chǎn)物。這一包含10道步驟的生物系統(tǒng)是這一領(lǐng)域的巨大進(jìn)步，之前報(bào)告的系統(tǒng)最多只有兩到三個(gè)步驟。

特拉維斯表示，如果這種方式可以增加能量的凈生產(chǎn)值的話，一系列應(yīng)用將應(yīng)運(yùn)而生。在精子中，這些能量用于精子的拼命奔跑，使其能夠與卵子匯合。但在納米生物技術(shù)中，這些能量可以為各種功能提供動(dòng)力。

“例如，我們想開(kāi)發(fā)一種只有血細(xì)胞大小的設(shè)備，每個(gè)設(shè)備都攜帶一定劑量的化療藥物。如果配備這種發(fā)動(dòng)機(jī)，那么設(shè)備就可以利用血液中的糖給自身供能，以特定的速率將藥物運(yùn)輸?shù)叫枰奈恢?rdquo;，特拉維斯說(shuō)。

他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)嘗試將這一技術(shù)商業(yè)化，把這種固定酶的概念用于檢測(cè)血液樣本的設(shè)備中，用以檢測(cè)中風(fēng)或創(chuàng)傷性腦損傷。

Mukai說(shuō)： “眾所周知，人工細(xì)胞的合成離不開(kāi)新陳代謝。因此，這一方向上的突破或許可以幫助人類實(shí)現(xiàn)制造人工細(xì)胞的夢(mèng)想。”

來(lái)源：深科技