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科技日?qǐng)?bào)北京2月9日電 （記者張夢(mèng)然）美國(guó)康奈爾大學(xué)工程學(xué)院開發(fā)出一種能模擬細(xì)胞膜的特性并提供電子讀數(shù)的合成生物傳感器。該研究近日發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)《ACS合成生物學(xué)》雜志上，其有助于更好地了解細(xì)胞生物學(xué)、開發(fā)新藥以及在芯片上創(chuàng)建“感覺器官”。

細(xì)胞膜內(nèi)的蛋白質(zhì)是細(xì)胞功能的“守門人”，具有許多重要功能，包括與環(huán)境交流、催化化學(xué)反應(yīng)以及跨膜移動(dòng)化合物和離子。當(dāng)膜蛋白受體被激活時(shí)，帶電離子穿過膜通道，觸發(fā)細(xì)胞功能。例如，當(dāng)來自神經(jīng)的信號(hào)指示帶電的鈣離子通道打開時(shí)，大腦神經(jīng)元或肌肉細(xì)胞就會(huì)放電。

該研究使用合成生物學(xué)方法重建細(xì)胞膜及其嵌入的蛋白質(zhì)，創(chuàng)造了一種生物傳感器。它以一種柔軟且易于使用的導(dǎo)電聚合物為起點(diǎn)，在支撐物之上充當(dāng)電路并由計(jì)算機(jī)監(jiān)控。形成膜的一層脂質(zhì)分子位于聚合物的頂部，目標(biāo)蛋白質(zhì)位于脂質(zhì)內(nèi)。這個(gè)導(dǎo)電傳感平臺(tái)可以在蛋白質(zhì)被激活時(shí)進(jìn)行電子讀數(shù)，能夠測(cè)試分子是否以及如何與細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

在概念驗(yàn)證研究中，研究人員創(chuàng)建的無細(xì)胞傳感平臺(tái)將模型蛋白質(zhì)直接合成到人造膜中。由于傳感器的組件是透明的，研究人員可使用光學(xué)技術(shù)，例如在激活時(shí)發(fā)出熒光的工程蛋白質(zhì)，通過顯微鏡研究基本原理，并觀察細(xì)胞過程中的蛋白質(zhì)本身發(fā)生了什么。他們還可記錄電子活動(dòng)，通過巧妙的電路設(shè)計(jì)了解蛋白質(zhì)的功能。

研究人員稱，這是利用跨膜蛋白的無細(xì)胞合成生物傳感器的第一個(gè)范例。他們將不必在細(xì)胞中生長(zhǎng)蛋白質(zhì)，然后再將它們嵌入膜平臺(tái)。相反，他們可直接從DNA進(jìn)行合成。

有了這樣的系統(tǒng)，對(duì)與疾病有關(guān)的特定蛋白質(zhì)感興趣的藥物化學(xué)家，可以將潛在的治療分子流過該蛋白質(zhì)以觀察它的反應(yīng)；希望創(chuàng)建環(huán)境傳感器的科學(xué)家也可在平臺(tái)上放置敏感蛋白質(zhì)，對(duì)化學(xué)物質(zhì)或污染物進(jìn)行檢測(cè)。

【總編輯圈點(diǎn)】

用鼻子去聞、用舌頭去嘗，看似簡(jiǎn)單的動(dòng)作中，離子通道就啟動(dòng)了。科學(xué)家們現(xiàn)在可在人們聞到某種東西時(shí)提取被激活的蛋白質(zhì)，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化到電子系統(tǒng)里，去感知以往化學(xué)傳感器根本無法檢測(cè)到的東西。與此同時(shí)，新傳感器為藥理學(xué)開辟出一條路徑：如何制造非阿片類止痛藥？如何開發(fā)阿爾茨海默及帕金森病治療藥？利用細(xì)胞膜蛋白的相互作用，我們可能有截然不同的思路誕生。