Science重大进展首次利用定制细胞器让细胞产生新的功能,EditSprings,艾德思



在一项新的研究中,德国研究人员首次通过基因改造将复杂的生物学翻译过程导入到活的哺乳动物细胞中的定制细胞器(designer organelle)内.他们利用这种技术构建出一种无膜细胞器,这种无膜细胞器可利用天然的和合成的氨基酸产生具有新功能的蛋白.他们的研究结果使得科学家们能够更详细地研究/调整和控制细胞功能.相关研究结果发表在2019年3月29日的Science期刊上,文章标题为"Designer membraneless organelles enable codon reassignment of selected mRNAs in eukaryotes'.

在进化过程中,由于能够将细胞过程分选到特定的热点,新细胞器的产生使得细胞和有机体变得更加复杂.文章共同第一作者Christopher Reinkemeier解释道,"我们的工具可用于对蛋白翻译进行改造,但也可能对诸如转录和翻译后修饰之类的其他细胞过程进行改造.这可能允许我们设计出新类型的细胞器,从而扩展天然的复杂生命系统的功能库.比如,我们可能整入荧光构成单元(building block),这就可使用成像方式对细胞内部进行观察

文章共同第一作者Christ论文润色翻译有很多细节很重要，注意到了会有更好的效果。opher Reinkemeier说道,"这种无膜细胞器可以通过使用合成的非经典氨基酸制造蛋白.相比于天然存在的20种氨基酸,目前我们已知道300多种不同的非经典氨基酸.我们不再局限于天然的氨基酸.我们引入的新颖性是能够在狭小的空间中使用这种细胞器,从而最大限度地减少对宿主的影响.'

边界不稳定的无壁细胞器

蛋白翻译是一个如此复杂的过程以至于它不能在一个被膜包围的单个细胞器中发生.因此,灵感来自相分离:负责在体内形成无膜细胞器---比如核仁或应激颗粒---的过程.细胞使用相分离来局部浓缩特定的蛋白和RNA.即使这些无壁细胞器具有不稳定的边界,但是鉴于它们与周围的细胞质动态地发生相互作用,它们仍然可以完成非常精确的任务.这些研究人员将相分离与细胞靶向相结合,从而构建出他们的无膜细胞器,并确保每个细胞仅形成一个这样的细胞器.

最后,仅需将五种新的组分引入到细胞中就可构建这种无膜细胞器.这些组分的组装会产生较大的结构,这可能会给细胞带来一些负担.在未来,这些研究人员的目标是设计最小的定制细胞器,以尽量减少对健康有机体的生理学影响.

文章通讯作者Edward Lemke作出的结论是:"最终,我们的目标是开发一种技术来设计根本不会影响宿主分子机器的合成细胞器和蛋白.我们想要构建出一种没有任何未知效果的工具.这种合成细胞器应当是一种简单的附加组件,允许有机体以一种受到控制的方法产生定制设计的新功能.'

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