合成材料模仿生物

作者:闾倨

<p>细胞变形的人工最小模型封装的生物分子在膜上形成一层,主动驱动连续运动信用:Keber,Loiseau,Sanchez,Bausch / TUM生物物理学家详细介绍了他们如何设计合成材料,模仿生物体的显着复杂性,成功实现可以改变其形状并在其自身上移动的细胞的简约模型细胞是具有复杂代谢系统的复杂物体它们的进化祖先,即原始细胞,仅由膜和几个分子组成</p><p>这些是极简主义但功能完善的系统因此,“回到细胞的起源”成为TUM教授Andreas Bausch教授的座右铭,他是卓越集群“纳米系统倡议慕尼黑(NIM)”及其国际合作伙伴的成员</p><p>他们的梦想是创造一个具有特定功能的简单细胞模型,使用一些基本成分在这个意义上,他们遵循合成生物学的原理,其中组装各个细胞构建块以创建具有新特征的人工生物系统生物物理学家的愿景是创建具有生物力学功能的细胞样模型它应该能够移动并改变其形状而无需外部他们描述了他们如何将这一目标变为现实,在当前版本的学术期刊“科学”中,他们的研究以封面故事为特色魔术球生物物理学家的模型包括膜壳,两种不同的生物分子和某种燃料包膜,也称为囊泡,由双层脂质膜制成,类似于天然细胞膜科学家用微管,细胞骨架的管状组分和驱动蛋白分子填充膀胱细胞,驱动蛋白通常起作用沿着微管运输细胞结构单元的分子马达在实验中,这些运动rs永久地推动小管并排为此,驱动蛋白需要能量载体ATP,这也可以在实验装置中获得从物理角度看,微管在膜下形成二维液晶,处于永久状态研究的第一作者菲利克斯凯伯解释说:“当人们变得过于拥挤时,他们会平行排列,但仍然可以相互漂移,”他可以将液晶层描绘成漂浮在湖面上的树木</p><p> “迁移故障”对于人造细胞构造的变形具有决定性作用,即使在其静止状态下,液晶也必须始终包含缺陷数学家通过Poincaré-Hopf定理解释这些现象,比喻也称为“毛球问题”正如一个人不能在没有产生牛仔的情况下梳理毛球一样,总会有一些微管不能平放在m上在规则模式中的小体表面在某些位置,小管将在某种程度上彼此正交取向 - 具有非常特定的几何形状由于慕尼黑研究人员的微管由于驱动蛋白分子的活动而彼此并排运动断层也会迁移,它们以非常均匀和周期的方式进行,在两个固定方向之间振荡尖刺延伸只要囊泡具有球形,断层对膜的外部形状没有影响</p><p>一旦通过渗透去除水,由于膜内的运动,囊泡开始变形</p><p>随着囊泡失去更多的水,膜中的松弛形成尖刺延伸,如单细胞用于运动的那些,在此过程中,一种迷人的各种形状和动态变得清晰起见乍一看似乎是随机的,事实上,遵循物理定律这是怎么回事国际科学家成功地破译了一些基本原理,如囊泡的周期性行为</p><p>这些原则反过来又成为在其他系统中进行预测的基础</p><p>“通过我们的合成生物分子模型,我们创造了一种开发最小细胞的新方法模型,“Bausch解释”它非常适合以模块化方式增加复杂性,以便以受控方式重建细胞迁移或细胞分裂等细胞过程 可以从物理角度全面描述人工创建的系统,这使我们希望在接下来的步骤中我们也能够揭示多种细胞变形背后的基本原理“这项研究部分得到了德国卓越计划的支持</p><p> TUM高级研究所和卓越集群纳米系统倡议慕尼黑慕尼黑生物物理学家的工作是与美国沃尔瑟姆布兰迪斯大学,意大利的里雅斯特国际高等研究学院和美国纽约锡拉丘兹大学的同事合作完成的</p><p>出版物:Felix C Keber等,“活性向列囊泡的拓扑和动力学”,Science 5 September 2014:Vol 345 no 6201 pp 1135-1139; DOI:101126 / science1254784来源:慕尼黑工业大学图片:Keber,Loiseau,Sanchez,....