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可人工控制光合成反應的細胞

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科技產業資訊室 - 謝威翔 發表於 2018年6月14日

圖、可人工控制光合成反應的細胞
 
想要製作人造細胞有兩種方法,一種是人工設計基因再放到活細胞內,可謂是設計軟體;另一種是從頭開始製作細胞結構,模仿活細胞的功能,可以說是人造硬體。後者最難的部分是控制細胞執行複雜的生物化學反應,而哈佛大學和首爾西江大學合作的一個研究嘗試解決這個問題,並將研究發表於 Nature Biotechnology 期刊。
 
本研究團隊利用光刺激代謝活動,於活細胞中建立蛋白質網絡,並將所有組成包裝到一個細胞中。為了建構生物合成系統,研究人員從植物和細菌各選擇了一種光合胞器(photosynthetic organelle),能對不同波長的光做反應,一種紅光,另一種為綠光。這些蛋白質包含在簡單的脂質膜中,以及產生三磷酸腺苷(ATP)的酶,ATP是細胞必需的能量來源。當照射紅光時,細胞發生光合作用,產生ATP。照綠光時,生產停止。這種開啟和關閉能量的能力,讓研究人員能控制細胞內的許多反應,包括合成建立細胞和組織的原料-肌動蛋白(actin)。控制和調整肌動蛋白使研究人員能夠控制細胞膜的形狀,並可設計移動細胞的方法。
 
以往類似的研究也能使用這些蛋白質來生成ATP,但一次只能生成一種。本研究將植物界和動物界的蛋白質相結合,而且可以調節這些細胞的生產能量。也就是說,這種細胞是由單個蛋白質開始,從下往上(bottom-up)設計出來的。研究團隊認為這種人造功能性蛋白質和胞器的細胞環境研究,未來將能實現製造更多功能的人造細胞,並能用在細胞修復術(cellular prosthetics)上。(552字;圖1)
 

參考資料:
A photosynthetic engine for artificial cells. Harvard,2018/5/29
Photosynthetic artificial organelles sustain and control ATP-dependent reactions in a protocellular system. Nature Biotechnology,2018/5/28

 
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