标示了肌动蛋白束和肌球蛋白带的心肌细胞。
每一个生物都在移动——猎物从捕食者面前逃脱，蚂蚁爬到面包屑上，树叶转向阳光等等。但在最基本的层面上，科学家们仍在努力探索细胞构建、移动、运输和分裂背后的物理学原理。
芝加哥大学的物理学教授Margaret Gardel表示：“生物体移动和改变形状的机制是生命固有的，它们都有物理学的基础，但我们对这些机制仍然知之甚少。”
近日，由Gardel领导的一项创新性研究，将物理学和生物学结合起来，研究了细胞自我转化的方式，首次在细胞外重建了细胞分裂。这项研究主要由博士后Kim Weirich开展，并于5月21日发表在《美国国家科学院学报》上，这有助于科学家们通过细胞的日常活动理解的其物理特性，有朝一日可能导致重大的医学突破，以及新型材料甚至人造细胞的出现。
“细胞分裂是创造生命最基本的步骤之一，这也是数百年来我们一直试图理解的事情。”论文的通讯作者Gardel说。细胞在体内运动，但一些最复杂的运动发生在细胞内部：细胞把原料和补给从一个地方运送到另一个地方，变平或膨胀，然后分裂，重新创造另一个自己。其中一个关键的参与者是肌动蛋白，它能够自组装成棒状结构。
Gardel的团队想要了解肌动蛋白行为背后的物理学原理。因此，Weirich将这些成分提取了出来，并试着用它们在细胞外制造分裂。结果发现，肌动蛋白在被分离出来后，形成杏仁形状的液滴。当加入肌球蛋白（肌肉中常见的“运动蛋白”）时，它们自发地在液滴的两端找到中心，并将液滴捏成两半。Gardel说，他们看到这个过程完全惊呆了。“这没有先例。它看起来就像驱动细胞分裂的纺锤体。”
与芝加哥大学的物理学家Thomas Witten和化学家Suriyanarayanan Vaikuntanathan合作，博士后研究员Kinjal disbasal建立了细胞分裂的物理学模型。在液滴中，杆状的肌动蛋白分子喜欢平行排列以减少冲突，从而形成杏仁状。较长的肌动蛋白分子更喜欢聚集在中心，这样它们仍然可以与肌动蛋白保持平行。但是当更多的肌球蛋白聚集在一起时，它们开始粘在一起，形成有利于倾斜而非继续保持平行的团簇，最终液滴被挤成了两半。这是第一次如此详细地研究细胞如何完成分裂任务。
观察生物如何利用液滴结构来形成更多的生命，不仅有趣而且有用，Gardel说。虽然细胞分裂用到的蛋白质的类型不同，但其基本原理可能是相似的。她说：“我们可以想象，这是一种可以制造人造组织促进伤口愈合的东西。归根结底，生物学上的很多问题都是关于分子整体如何协同工作的，而且因为这些物质往往在细胞内部发生化学反应，所以很难建模。这类研究让我们有机会探索各种力发挥作用的基本原理。”
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编译：花花
审稿：阿淼
责编：张梦
期刊来源：《美国国家科学院学报》
期刊编号：0027-8424
原文链接：
https://phys.org/news/2019-05-scientists-recreate-cell-divisionoutside.html
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