芯片上的類細胞系統可執行基因表達功能

　　多年來，全球的科學家們一直夢想著制造一個完整的、功能齊全的人造細胞。據物理學家組織網3月18日報道，現在，以色列魏茨曼科學研究所材料與界面系的研究團隊在這個方向取得了重大進展，他們在玻璃芯片上創建了一個二維的類細胞系統。這一系統是由細胞中的一些基本生物分子如DNA、RNA和蛋白質構成的，能夠執行一個活細胞的中心功能之一——基因表達，基因中存儲的信息正是通過這一過程被“翻譯”成蛋白質的。而且，它還能讓研究人員以納米級分辨率獲取這個過程的“快照”。該研究成果發表在近期《自然—納米技術》雜志上。

　　研究人員使用的玻璃芯片只有8納米厚，其上涂有一層光敏物質，當受到聚焦的紫外線光束照射時，芯片會發光，使得生物分子可與被照射區域的物質綁定。通過這種方式，研究人員能夠精確地將編碼一種帶有綠色熒光標記的蛋白質的DNA分子放置在芯片的一個區域，并將“誘捕”著色蛋白質的抗體放置在相鄰區域。利用熒光顯微鏡下對芯片進行觀察，抗體所在位置已經變成了一團發著光的明亮綠色。這意味著，DNA指令已被復制進RNA分子，然后被“翻譯”成綠色熒光蛋白質。綠色的蛋白質隨后落入了抗體的陷阱。

　　為了研究這種類細胞系統是否能夠復制由天然蛋白質搭建的復雜結構組件，他們在芯片表面黏附了一種病毒基因，該基因編碼的蛋白質可以自我組裝成納米管。在顯微鏡下，他們觀察到抗體的區域形成了一片微管“森林”。

　　接下來，研究人員找到了一種方法來同時生產和捕獲多個蛋白質——將每個蛋白質在芯片上的位置限定在其基因區域內。他們在DNA編碼的綠色熒光蛋白質所在區域之上，又添加了一層溶液，其中含有編碼一個紅色蛋白質的第二種基因。由此產生的紅色和綠色蛋白質會爭相與抗體的陷阱結合，從而形成漸變的空間分離，最靠近綠色基因的抗體周圍綠色蛋白質濃度最高，而紅色蛋白質則在更遠處聚集著。

　　魏茨曼科學研究所材料與界面系教授羅伊巴-茲夫說：“我們已經表明，在細胞外構建一條蛋白質‘生產線’并用它來觀察蛋白質活動是可能的。”在未來，這樣的系統除了用于觀察蛋白質外，還能為按需創建復雜的活性蛋白結構提供技術基礎。