简单机械力实现人造细胞分裂

人工细胞分裂的照片来源:简·斯坦科勒

地球上生命的成功是基于活细胞分裂成两个子细胞的惊人能力。在这个分裂过程中，细胞外膜必须经历一系列的形态变化，最终膜会分裂。最近，来自胶体和界面研究所和德国马克斯·普朗克研究所聚合物研究所的研究人员通过将低密度蛋白质固定在人工细胞膜上，对这些形状变化和由此产生的分裂过程实现了前所未有的控制。

为了控制分裂过程，今天的细胞依赖于被三磷酸腺苷水解的高度特化的蛋白质复合物。然而，正如研究人员所认为的，控制分裂可以用更简单的方式来实现。这些细胞由与典型动物细胞大小相同的巨大脂质囊泡组成，并被单一脂质膜包围，这在内部和外部水溶液之间提供了强有力的稳定屏障。

此外，囊泡和细胞膜具有基本相同的分子结构。具有宽膜颈的人工细胞在几天或几周内保持稳定。一旦颈部闭合，膜将在颈部产生收缩力，将人造细胞分成两个子细胞。

除了证明人工细胞可以分裂之外，研究人员还发现了一种新的机制来系统地控制这种收缩力。他们设计了一种膜，暴露在不同浓度的蛋白质中，膜的内部和外部分子组成不同。研究人员称，不对称会产生一种自发的曲率，这种曲率决定了人造细胞的形状。此外，一旦形成封闭的膜颈，自发弯曲产生局部收缩力，导致这些细胞分裂。因此，人工细胞的完全分裂是由膜的机械特性驱动的:力直接来自双层膜的不对称性。

人工细胞分裂过程也为体内细胞分裂提供了新的思路。第一作者简·斯坦科勒说:“虽然所有现代细胞似乎都依赖复杂的蛋白质机制，但我们的细胞祖先可能使用了更简单的分裂机制。据推测，膜力学可能在随后的分裂过程中发挥重要作用。我们的研究表明，机械控制细胞分裂的确是可能的。”

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-14696-0