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这是细胞生物学家用来制造合成细胞膜的新工具

发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一项研究描述了一种制造合成细胞膜仿制品的新方法。利用一种新的“点击”化学方法,研究人员设计了自组织纳米囊泡,它的表面可以装饰有类似病毒、细菌或活细胞的糖分子。这项工作是宾夕法尼亚大学、坦普尔大学、马克斯·普朗克研究所、莱布尼茨互动材料研究所、亚琛工业大学和柏林自由大学合作的成果,它为研究某些病原体(如新型冠状病毒)如何逃避宿主免疫系统的检测提供了一种新的工具。

细胞的外层由蛋白质、脂类和糖分子装饰,用来与其他细胞沟通和识别。甘露糖是糖中最常见的一种,它存在于长长的支链中,也与其他生物分子相连。这些寡核苷酸在细菌和病毒上也很常见,被认为有助于病原体避免被宿主的免疫系统发现;然而,这些糖帮助病原体逃避检测的确切方式还不清楚。

研究细胞相互作用的一种方法是创造合成细胞,它可以定制糖或蛋白质的序列,让科学家回答关于细胞如何工作的具体问题。该团队此前的研究利用这些合成细胞来更好地理解短链糖是如何作为“沟通渠道”的。现在,利用这些相同的细胞模拟物,研究人员对理解复合糖的作用很感兴趣,包括低甘露糖,它更类似于在细胞和病原体表面普遍存在的东西。

但为了做到这一点,研究人员需要一种新的方法来创造细胞模拟物,这种模拟物可以包含他们感兴趣的复杂糖分子的类型。目前用于制造这些合成细胞的方法使得附着亲水亲水的糖分子变得困难,因为这种方法所需要的中间体必须是疏水的。此外,Peter Seeberger实验室使用的方法一次只能合成几毫克的合成糖。

为了解决这两个挑战,研究人员开发了一种新的方法,通过“点击”化学合成他们的细胞模拟物,两个小分子连接在一起,形成一个更大的分子,只需要少量的起始物质。他们发现,异硫氰酸盐-胺反应可以将大的糖分子添加到合成细胞的外部。异硫氰酸盐-胺反应用于蛋白质测序,但此前从未用于click化学。维吉尔·佩尔塞克说:“这为我们提供了一种工具,可以研究细胞表面的这些糖。”“你让疏水性变成亲水性,并提供了我们无法通过其他化学方法获得的结构。”

有了这个新工具,研究人员使用团队之前开发的方法来研究他们的自组装纳米结构,包括低温电子显微镜来可视化细胞模拟和AFM来研究它们的表面形态。通过观察一组含有与典型细胞相似的寡甘露糖序列的细胞模拟物,他们发现较长的糖可以与其他细胞表面结合,具有更强的强度和更高的效率。

病毒被寡聚体覆盖。其中一个例子是冠状病毒上的结合蛋白,被称为“穗状蛋白”,其表面装饰有所谓的“伪装”寡聚体,这种寡聚体被认为可以帮助病毒避免被宿主的免疫细胞发现和灭活。多亏了他们的新研究,研究人员现在希望更多地了解像SARS-CoV-2这样的病毒是如何利用这些糖分子来躲避免疫细胞的。“这些合成纳米尺度的模拟物是研究这些糖的行为以及它们如何相互作用的工具,”迈克尔·克莱因(Michael Klein)在谈到他们最近的发现的意义时补充道。

如果他们的小泡在动物模型中被证明是安全的,研究人员也可以探索使用这些细胞模拟物来提供治疗的方法。虽然这一研究目标将在不久的将来实现,但该团队仍然渴望回到实验室,继续进行他们的基础但有影响力的研究。佩尔塞克说:“这是我们一开始就提出的一个非常基本的问题,现在大家对我们今天面临的问题都感兴趣。”“我们正在研究一种工具,希望从现在起能很快见效。”

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