研究揭示簡單機械力實現人造細胞分裂

人造細胞分裂 圖片來源：Jan Steinkühler

　　地球上生命的成功是基于活細胞分裂成兩個子細胞的驚人能力。在這樣的分裂過程中，細胞外膜必須經歷一系列的形態轉變，最終膜分裂。近日，德國馬普學會膠體與界面研究所和聚合物研究所的研究人員，通過在人工細胞膜上固定低密度的蛋白質，現在已經實現了對這些形狀轉變和由此產生的分裂過程前所未有的控制。

　　為了控制分裂過程，今天的細胞依賴于由ATP驅動水解的高度特化蛋白質復合物。然而，正如研究人員認為控制分裂可以通過一種更簡單的方式實現。這些細胞由巨大的脂質囊泡作成，囊泡的大小與典型的動物細胞相同，并由單一的脂質膜包圍，脂質膜為內外水溶液之間提供了堅固而穩定的屏障。

　　此外，囊泡和細胞膜具有本質上相同的分子結構。具有寬膜頸的人工細胞在數天或數周內保持穩定，一旦頸部閉合，隔膜就會對頸部產生一種收縮力，將人工細胞分裂成兩個子細胞。

　　除了證明人工細胞能夠分裂，研究人員還發現了一種新的機制，以系統地控制這種收縮力。他們設計了一種膜，通過暴露在不同濃度的蛋白質中，其內部和外部的分子組成不同。研究人員表示，不對稱性產生了一個自發的曲率，決定了人造細胞的形狀。此外，一旦形成封閉的膜頸，自發彎曲產生局部收縮力，導致這些細胞分裂。因此，人工細胞的完全分裂是由膜的機械性能驅動的：力直接來自于雙層膜的不對稱性。

　　人工細胞分裂過程也為細胞在體內的分裂提供了新的思路。論文第一作者Jan Steinkühler說：“盡管所有現代細胞似乎都依賴于復雜的蛋白質機制，但我們的細胞祖先可能使用了更簡單的分裂機制。已經有人推測，膜力學可能在后面的分裂過程中發揮了重要作用。我們的研究表明，機械控制細胞分裂確實是可能的。”