發(fā)布日期：2016-12-08

就像工廠中的流水線一樣，如果人體內的酶都匯集到特定的地方，將原料在酶與酶之間有序傳遞的話，就可以更有效地生產最終產品。最近，康奈爾大學貝克動物健康研究所的科學家們利用納米粒子將酶固定在特定位置上，首次合成了包含10道工序的“酶生產線”。

他們的研究靈感來源于精子。在精子尾巴中，納米粒子通過激活酶的活性來獲得生物功能。這些酶將糖轉化為乳酸和能量，使精子能夠以每秒5個身長的速度前行。

該研究的第一作者、博士后研究員Chinatsu Mukai說：“精子是極其高效的能量轉換系統(tǒng)。”在貝克研究所的亞歷克斯·特拉維斯（Alex Travis）實驗室中，Mukai等人一直從事新陳代謝和精子功能的研究。他們的想法是模仿精子的尾部，試圖在小型人造裝置上實現(xiàn)相同的能量轉換效率。這項研究獲得了國立衛(wèi)生研究院Pioneer Grant項目的支持，其成果近日發(fā)表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie）期刊上。

在細胞中，大多數(shù)將糖轉化為能量（“糖酵解”作用）的酶漂浮在細胞液中，只作用于“恰好路過”的糖分子。但在精子中，進行糖酵解的酶附著于固體蛋白質所確定的特定區(qū)域，這些固體蛋白質位于細胞膜正下方，分布在精子尾巴的絕大多數(shù)地方。

特拉維斯說：“糖分子通過細胞膜進入細胞后立即被下方的酶捕捉，然后被以‘流水線’的方式傳遞給下一個酶。這種方式在短時間內產生大量的能量。”

特拉維斯實驗室的團隊開發(fā)的生物系統(tǒng)采用了類似的工作機理：糖分子有序通過連接在納米顆粒上的酶，產生大量的能量。與溶液中游離的酶相比，固定位置的酶能夠更加有效地將葡萄糖轉化成乳酸鹽，留下更少的中間產物。這一包含10道步驟的生物系統(tǒng)是這一領域的巨大進步，之前報告的系統(tǒng)最多只有兩到三個步驟。

特拉維斯表示，如果這種方式可以增加能量的凈生產值的話，一系列應用將應運而生。在精子中，這些能量用于精子的拼命奔跑，使其能夠與卵子匯合。但在納米生物技術中，這些能量可以為各種功能提供動力。

“例如，我們想開發(fā)一種只有血細胞大小的設備，每個設備都攜帶一定劑量的化療藥物。如果配備這種發(fā)動機，那么設備就可以利用血液中的糖給自身供能，以特定的速率將藥物運輸?shù)叫枰奈恢?rdquo;，特拉維斯說。

他的團隊已經嘗試將這一技術商業(yè)化，把這種固定酶的概念用于檢測血液樣本的設備中，用以檢測中風或創(chuàng)傷性腦損傷。

Mukai說： “眾所周知，人工細胞的合成離不開新陳代謝。因此，這一方向上的突破或許可以幫助人類實現(xiàn)制造人工細胞的夢想。”

來源：深科技