中國科學院化學研究所喬燕課題組構建原始細胞模型并模擬細胞信號傳遞
細胞內廣泛存在著由蛋白質和核酸相互作用而形成的液滴狀無膜細胞器，與有膜細胞器相比，這些無膜細胞器源于液-液相分離，具有亞穩定的特點，且參與細胞內的代謝、物質分配等重要活動，對于生物體的生理和病理過程有重要的意義。目前，無膜細胞器如何響應細胞內/外部環境變化的機制尚不清楚。
在國家自然科學基金委和科學院的大力支持下，中國科學院化學研究所高分子物理與化學實驗室喬燕課題組開展了原始細胞模型和類細胞行為的研究，取得了系列研究進展（Adv. Sci.2021, 2101187;ChemSystemsChem 2020, 2, e2000044; Angew. Chem. Int. Ed.2019,58, 17758）。
最近，該研究團隊通過氨基酸衍生物和多糖高分子的液-液相分離制備了具有光和pH雙重響應的凝聚液滴。在此基礎上，利用蛋白質微囊的選擇透過性仿生重構該凝聚液滴，構建了具有“細胞器”的多級次原始細胞模型。這些無膜細胞器可以富集蛋白、核酸等生物分子，且能夠對pH、光及信號分子產生響應，實現仿生細胞器的解體和再生，并伴隨著生物大分子等物質的富集和釋放，實現了對酶催化反應速率的調控。在此基礎上，他們基于亞細胞器多重信號響應的特性，在高級次原始細胞模型內構建了復雜的酶反應網絡，通過物理信號（光）和生物化學反應（酶反應）協同誘導亞細胞器的形成與解體，具有布爾邏輯門（或非門和與非門）的特征，成功模擬細胞內的信號傳遞及用于化學計算。相關研究結果發表于Science Advances期刊上（Sci. Adv.2021,7, eabf9000），并被Nature期刊（Nature 2021, 594, 152）作為研究亮點報道。
圖 構建多級次具有細胞器的原始細胞模型模擬細胞信號系統
高分子物理與化學院重點實驗室
