新的陸軍資助的合成生物學(xué)研究操縱了細(xì)胞中的微隔室，有可能使醫(yī)學(xué)，防護設(shè)備和工程應(yīng)用的生物制造進步成為可能。

壞細(xì)菌可以在惡劣的環(huán)境中生存 - 包括在高酸性人類胃內(nèi) - 這要歸功于它們能夠?qū)⒍舅馗綦x到微小的隔間中。

在ACS Central Science上發(fā)表的一項新研究中，西北大學(xué)的研究人員控制了蛋白質(zhì)組裝，并將這些微隔室構(gòu)建成不同的形狀和大小，包括長管和多面體。由于這項工作闡明了病毒和細(xì)胞器等生物單元的發(fā)展方式，因此它還可以為設(shè)計對納米技術(shù)至關(guān)重要的醫(yī)學(xué)，合成細(xì)胞和納米反應(yīng)器提供新的方法。

“這些結(jié)果是我們設(shè)計復(fù)雜蛋白質(zhì)隔室的能力向前邁出的令人興奮的一步，”美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部（稱為DEVCOM）陸軍研究實驗室項目經(jīng)理Stephanie McElhinny博士說。“能夠控制這些隔間的大小和形狀可以實現(xiàn)復(fù)雜的生物制造方案，這些方案是定制的，以支持復(fù)雜分子和多功能材料的效率生產(chǎn)，可以為未來的陸軍提供增強的制服，防護設(shè)備和環(huán)境傳感器。

再往前走，這些見解可能會導(dǎo)致新的抗生素，這些抗生素針對病原體的微區(qū)室，同時保留有益細(xì)菌。

研究人員控制蛋白質(zhì)組裝并將細(xì)胞微隔室構(gòu)建成不同的形狀和大小，從而為各種工程應(yīng)用提供生物啟發(fā)的構(gòu)建塊。

“通過精心設(shè)計具有特定突變的蛋白質(zhì)，我們能夠控制形成細(xì)菌微區(qū)室的蛋白質(zhì)的組裝，”領(lǐng)導(dǎo)理論計算的西北大學(xué)材料科學(xué)與工程和化學(xué)教授Monica Olvera de la Cruz博士說�！拔覀冞�用它來預(yù)測自然界中尚未觀察到的其他可能地層。

研究人員控制蛋白質(zhì)組裝并將細(xì)胞微區(qū)室構(gòu)建成不同的形狀和大小，從而為各種工程應(yīng)用提供生物啟發(fā)的構(gòu)建塊 圖片來源：Monica Olvera de la Cruz，西北大學(xué)

許多細(xì)胞使用區(qū)室化來確保各種生化過程可以同時發(fā)生而不會相互干擾。這些微隔室由蛋白質(zhì)組成，是各種細(xì)菌物種生存的關(guān)鍵。

“根據(jù)之前的觀察，我們已經(jīng)知道微隔室的幾何形狀可以改變，”領(lǐng)導(dǎo)實驗工作的西北大學(xué)化學(xué)和生物工程副教授Danielle Tullman-Ercek博士說�！暗�是我們的工作提供了如何改變它們以實現(xiàn)特定形狀和大小的第一個線索。

為了研究這些關(guān)鍵的隔室，西北大學(xué)的研究小組轉(zhuǎn)向腸道沙門氏菌，它依靠微型隔室來分解腸道中有益細(xì)菌的廢物。當(dāng)研究人員對從沙門氏菌中分離出的蛋白質(zhì)進行基因操作時，他們注意到微隔室形成了長管。

“我們看到了這些奇怪的擴展結(jié)構(gòu)，”Tullman-Ercek說�！翱雌饋硭麄兪褂貌煌�的構(gòu)建塊來形成具有不同屬性的不同形狀。

通過將隔間的機械性能與隔間內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)相結(jié)合，Olvera de la Cruz和她的團隊使用理論計算來預(yù)測不同的突變?nèi)绾螌?dǎo)致不同的形狀和大小。當(dāng)六面蛋白質(zhì)組裝在一起時，它們形成長管。當(dāng)五面蛋白質(zhì)組裝在一起時，它們形成了足球形狀的二十面體。研究小組還預(yù)測，蛋白質(zhì)可以組裝成三角形的薩摩薩形狀，類似于油炸的南亞小吃。

了解這一過程可能會導(dǎo)致各種工程應(yīng)用的生物啟發(fā)構(gòu)建模塊，這些應(yīng)用需要不同形狀和尺寸的組件。

“這就像用樂高積木建造，”Tullman-Ercek說。“一遍又一遍地使用相同的形狀塊是不可取的;我們需要不同的形狀。從細(xì)菌中學(xué)習(xí)可以幫助我們在這個微觀尺度上建立新的更好的結(jié)構(gòu)。