科學家竟複製出或藏生命起源秘密的能量系統
科學中的一個重大問題在於生命似乎是如何從無生命分子中形成的。這導致研究人員去做諸如研究雨水如何可能幫助形成原細胞的膜以及尋找生命的最後普遍共同祖先(LUCA)之類的事情。與這種“我們從哪裡來”的科學調查傳統相一致,荷蘭研究人員正試圖綜合重建細胞的基本組成部分。
現在,被稱爲構建合成細胞(BaSyc)的科學家聯盟已經發表了兩篇論文。分別發表在《自然·納米技術》和《自然·通訊》上,它們詳細介紹了創建合成線粒體和某些細胞過程的方法。希望在於,如果我們能在實驗室中重建這些生命的基本組成部分,或許就能揭示數十億年前這些成分在地球上是如何聚集在一起的。
伯特·普爾曼(Bert Poolman)是荷蘭格羅寧根大學的生物化學教授,他領導團隊研究人工重建能量轉換的方法,這必然圍繞線粒體展開——線粒體常被稱爲“細胞的動力源”。在這個過程中,核心是 ADP 分子,其本質上產生了細胞的燃料 ATP。然而,普爾曼的團隊一開始並非要精準地創造線粒體。他們所追求的是一個簡化的版本。
“線粒體由數百個組成部分構成,而我們的能量轉換系統卻僅使用五個,”普爾曼在一則新聞聲明中表示。“進化是條單行道,它基於現有組件構建,這常常致使結果極爲複雜。”然而,當你從零開始構建時,你能夠從根本上設計細胞,並且將特定功能牢記於心。
通過創建名爲囊泡的微小細胞狀小囊,該團隊成功製造出了能夠吸收 ADP 及氨基酸精氨酸的成分。當精氨酸脫氨時,便產生了生成 ATP 所需的 能量 。第二個容器利用這種“燃料”產生了一個耗能反應,然後又轉變回準備被第一個囊泡吸收的 ADP,從而形成了一種循環。雖然這模仿了細胞製造能量的奇妙過程,但並非是一對一的複製。
“當然,這種簡化是要付出代價的:我們只能使用精氨酸作爲能源,而細胞使用各種不同的 分子,像氨基酸、脂肪和糖,”普爾曼在一份新聞聲明中說。
此外,普爾曼的團隊在一個合成細胞中成功地重現了營養物質運輸過程,這對於細胞的功能而言至關重要,且僅需兩個成分。雖然這兩個合成細胞成分是個良好的開端,但該項目在模擬生命如何從無生命分子中產生這一方面,還有很長的路要走。幸運的是,BaSyc 聯盟正在轉變爲一個名爲 EVOLF(從非生命中演化出生命)的新團體,該團體獲得了另外十年的資助,並致力於這一相同的使命。
“最終來講,這將爲我們提供一份生命的 藍圖 ,這是目前生物學所缺乏的,”普爾曼在一份新聞聲明中說道。“這最終或許會有各種各樣的應用,但而且還會幫助我們更好地理解生命究竟是什麼。”