利用分子转运体让小分子和蛋白穿过海藻细胞壁
生物谷,2012-08-24
海藻是在很多生态环境中发现的一类广泛分化的高度多样性的主要光合生物。它们大约估计有30万种，它们的大小从小到非常大，而它们的复杂性则从单细胞到多细胞。再者，就应用而言，它们的性质是多样性的，在医学、材料、能量、生物修复和合成生物学研究中都发挥着潜在独特性的作用。这就是说，人们很难获得研究和利用海藻生物学的方法。然而，来自美国斯坦福大学和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员设计出一种一般性的分析技术：该技术允许不同大小的运载物通过海藻细胞壁和细胞膜，因而能够进入海藻细胞内空间。
斯坦福大学教授Paul A. Wender、劳伦斯伯克利国家实验室科学家们Joel M. Hyman和Bahram Parvin以及斯坦福大学研究员Erika I. Geihe和Brian M. Trantow在设计和执行他们的不同大小海藻细胞的分子运输与传递方法时遭遇到一系列挑战。Wender说，“我们在2000年首次报道，基于我们对Tat nine-mer---一种来自HIV病毒蛋白Tat的九肽序列---的系统性逆向工程，正是胍基的数量和空间排列允许Tat蛋白和Tat九肽进入哺乳动物细胞。在当时，我们提出术语分子转运体(molecular transporter)，这是因为从我们的研究中，我们意识到这种进入细胞的能力并不是肽骨架的功能，而是由胍基基团的数量和空间分布所决定的。这导致我们设计类肽转运体(peptoid transporter)、非肽类分子转运体(non-peptidic transporter)、树形大分子(dendrimer)和很多其他的富含胍基且能够运载分子到细胞之中的转运体。”
这种早期的研究大多数重点关注让转运体进入哺乳动物细胞的质膜。同时，他们也证实这些富含胍基的转运体将包括肽、金属、探针、蛋白和核酸(siRNA)之类的一系列运载物到细胞之中。此外，他们还证实这些转运体也能够运输运载物跨过其他障碍，如皮肤。
Wender继续说到，“海藻代表着一种新的挑战，这是因为它们不仅含有膜屏障，而且对很多类型海藻而言，还有细胞壁。因此，我们初始任务就是观察我们的主要转运体八精氨酸(octaarginine)寡肽，当附着到一种诸荧光标记如荧光素之上时，是否能够穿过海藻的细胞壁和细胞膜。”Wender 解释道，尽管这种八精氨酸-荧光素(oligoarginine-fluorescein)偶联物是直接根据他们之前的研究而合成出来的，但是记录这种偶联物被摄取到海藻的过程要比研究哺乳动物细胞时更加困难，这是因为它们会移动。为此，他们的解决方法就是为海藻制造小孔以便让它们停靠，从而阻止它们在记录图像过程期间发生移动。
Wender指出他们的研究发现影响几个研究领域。首先，他们研究和操纵海藻的能力是由他们引入分子到海藻之中的能力所决定的。一些分子能够依靠自己就能够进入海藻，但是绝大多数分子不能通过海藻细胞壁和细胞膜。科学家们利用机械和物理方法来克服这种限制，但是这经常是昂贵的，很难再现，而且不容易扩大。利用鸟枪法将DNA包被的颗粒射入海藻之中是一项重要的技术，但是它经常是时而成功时而失败的。然而，研究人员如今报道一种将海藻与连接到分子转运体的探针一起孵育的分子方法，其中这种分子转运体使得形成的偶联物能够进入细胞。再者，他们还发现这种方法对小分子和大蛋白都能起作用。
再者，他们的发现影响利用海藻作为一种光能自养工具来研究合成生物学。最后，他们的研究结果将加强人们对生命科学中的生物屏障的理解。
