最近，澳大利亞莫納什大學的研究人員，與日本、德國和瑞士的同事合作的一項研究，以原子級的分辨率解析了線粒體外膜轉運蛋白復合物（TOM）的分子結構。這一研究是由澳大利亞科學院院士、澳大利亞桂冠院士Trevor Lithgow指導完成，解開了生物學中一個長期的謎題，于九月二十五日發表在國際著名期刊《Science》。
線粒體經常被稱為細胞的發電廠，因為它們能產生類似于從電池獲得的化學能量。無論是大腦、肌肉還是植物細胞中，有一種納米級的通道，通過仔細地讓某些蛋白和其他分子進入我們的線粒體，控制著線粒體電池的活性。其中一些蛋白質是大而復雜的分子，但它們基本上能從細胞質進入線粒體，而線粒體膜仍保持防水性和完整性。這個過程是怎么發生的？幾十年來一直困擾著科學界。
Trevor Lithgow教授是該研究的首席研究員、莫納什大學新成立的生物醫學發現研究所（BDI）成員，他介紹說，這個發現意味著，科學家們現在可以使用這項技術來確定通過任何膜的任何分子。他解釋說：“像蛋白質這樣的大分子，如何通過膜進進出出，一直是一個謎。我們已經表明，這項技術可以應用于解決細胞中發生的所有基本途徑的原子尺度細節，從而為直接應用于醫學研究開辟了新的途徑。”
Lithgow教授和他的團隊使用一種新的技術，使活生物體的遺傳密碼除了常見的20個氨基酸之外，還擴展到包括非天然氨基酸。該技術已被用于在澳大利亞以外的少數實驗室。Lithgow教授和BDI的首席研究員Takuya Shiota，專注于TOM蛋白復合物——一組大的復雜的分子，嵌入在線粒體膜中，但是它們嵌入膜的方式一直困惑著研究人員。據Lithgow教授介紹，他們進行了很多種嘗試，但是沒有取得進展，他們利用X射線晶體學和結構生物學的其他標準技術，解開了TOM 40運輸的秘密。
Lithgow的實驗室，與名古屋大學、京都大學和東京大學的同事共同合作，提升了這項技術的規模，可以分析數以百計的重編碼TOM 40復合物，每一種復合物都具有一個新的額外的21st氨基酸。最終得到一個三維數據的魔術方塊，并在最后有一個獨特的解決方案，來解釋TOM 40蛋白復合物的結構，并闡釋它作為進入線粒體的通道是如何運作的。
通過展示這項技術，Lithgow教授認為，研究人類細胞生物學中不同過程的其他實驗室，將會模仿這些實驗來確定他們選擇的納米機器是如何運轉的。這包括很多過程，從DNA損傷和修復，到調節代謝紊亂和癌癥這樣的事件。他說：“這項新技術揭示了生物學中一個主要的未知數，以及現在正在探索的其他細胞奧秘。”
這項研究是Lithgow教授15多年工作達到的高潮。當他在巴塞爾大學人類前沿科學項目從事博士后研究時，開始致力于研究蛋白質和其他分子如何進入線粒體，回到澳大利亞后他繼續尋求TOM 40的秘密。他說：“有了這一發現，我將在幾年內專注于將這一技術轉移到澳大利亞其他實驗室。”
根據BDI主任John Carroll教授介紹，這項研究是跨學科方法的一個很好的例子，將是IBD研究所的一個重要標志。他說：“我們把來自所有生物醫學學科的科學家，與數學家、化學家及其他人集中一起，獲得了這一重要的發現，提供了關于‘我們的身體是如何運作的’的重要新信息。”
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