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js55658日本科学家创造出光合人造细胞,可模仿植

2019-10-09 16:51

光合作用通常是指绿色植物吸收光能,把二氧化碳和水合成富能有机物,同时释放氧的过程。大自然中,植物能够通过光合作用将吸收的二氧化碳中的化学能转化为自身能量,如果把叶绿体“移植”到人类细胞中,是否可以实现同样的过程?近日,日本科学家们通过模拟植物细胞,成功创造了一种能够进行光合作用产生能量的人造细胞,这是人造仿真细胞技术迈出的一大步。

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来自日本工业大学的科学家将各种生物结构进行整合,创造的人造细胞中含有两种关键的蛋白质成分,即ATP合成酶和细菌视紫红质。ATP合成酶可以促进三磷酸腺苷的形成,并为人体供能,而细菌视紫红质是盐性细菌盐生盐杆菌(Halobacteriumhalo-bium)的紫膜中存在的色素蛋白,其作用是从环境中收集太阳能进行生物催化。这也是该研究最具挑战性的环节。研究成果发表于《Nature Communications》。

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这种人造细胞可以将光合作用产生的能量用于内部DNA的转录和翻译,即DNA-mRNA-蛋白质的表达过程。此外,这种细胞还能将从外界收集的能量用于更多的ATP合成酶和细菌视紫红质得合成,从而进一步增强细胞活性。

研究结果显示,这种人造细胞能够产生足够的能量来驱动基因表达,使完全依赖自身供能的细胞得以成为现实。

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虽然这种人造细胞还无法复制出自然细胞所能合成的全系列蛋白质(如8种ATP合成酶蛋白),但研究人员认为这可以通过对细胞的不断“升级”来实现。这项研究可以帮助我们更好地理解原始生命的进化形式,了解细胞的运转机制,还可以对许多其他研究领域产生重要影响。例如利用人造细胞生产人造器官或组织以对抗疾病。

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正常成年人体内约有37.2万亿个活细胞,它们之间彼此协调配合,共同塑造了复杂的人类机体。如果把这些细胞都替换成可以通过光合作用来产生能量的人造细胞,是不是就不再需要吃饭获取能量,通过睡觉来保证足够的精力?虽然这项研究还远不能满足这些设想,但却是人造细胞领域迈出的一大步…

作者/朱张航宇

参考文献:Artificial photosynthetic cell producing energy for protein synthesis, Nature Communications, volume 10, Article number: 1325

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