研究：单个细胞比科学家们以前认为的更聪明

研究：单个细胞比科学家们以前认为的更聪明每天，人类都在为自己做出选择。为了确保做出的决定适合当时的情况，这些决定往往需要结合一系列的环境线索。我们的感官为我们提供了做决定所需的大量知识。它们收集了我们周围环境的某些细节，如视觉和听觉信息，我们的大脑将其结合起来，建立一个整体的感知。这被称为多感官或多模态感知。在这方面，单个细胞与人类没有什么不同。它们不断地做出关键的决定，例如是否分裂。因此，苏黎世大学（UZH）的研究人员将在人类中发现的情境、多模态感知的概念扩展到单个细胞。令人惊讶的是，科学家们发现，单细胞做出的决定比之前想象的要自主得多。LucasPelkmans说：“单个细胞的充分决策使用了多模态感知，使细胞能够将外部信号（如生长因子）与来自细胞内部的信息（如细胞器的数量）相结合。”Pelkmans是UZH分子生命科学系的一名教授。有时，这种内部线索会推翻外部刺激：例如在肿瘤中，特定细胞的实际状态会推翻抗增殖药物的治疗，从而使其产生抗药性。“这种抗药性是抗击癌症的一个主要问题。”Pelkmans说：“解决方案可能来自于考虑到单个细胞所经历的环境线索，并最终改变它们。”为了测试细胞是否像人类一样根据上下文、多模态感知做出决定，科学家们必须同时测量多个信号节点的活动--细胞的外部传感器--以及细胞内部的几个潜在线索，如当地环境和细胞器的数量。一切都必须在单细胞和数百万个细胞中进行分析。“为了做到这一点，我们使用了'4i'，一种在UZH开发的方法，它允许我们使用荧光显微镜同时对单细胞中多达80种不同的蛋白质和蛋白质修饰进行可视化和量化，”该研究的第一作者BernhardKramer说。研究人员发现，各细胞中单个传感器活动的变化与内部线索的变化密切相关。例如，线粒体的丰度，即细胞的动力站，从根本上影响了单个细胞对外部刺激的感知。此外，每个传感器都会整合来自细胞内部的不同线索。当研究人员评估一个单细胞的重要决定时--即在增长刺激下增殖或保持静止--他们发现，细胞的选择是由多个传感器的感知介导的，并可预测地受到细胞内部状态的线索的调节。“对于一个细胞的任何具体决定，所有外部信号和内部线索都必须被一致看待。单个细胞因此能够做出充分的依赖环境的决定--因此显然比以前认为的更聪明，”博士候选人Kramer说。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311907.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1311907.htm

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞艺术家们利用显微镜图像和图形渲染，展示了一个能够感知定向化学线索并自我组织响应的最小合成细胞。图片来源：约翰-霍普金斯大学医学院井上实验室，由ShivaRazavi和TurhanPathan创作，经编辑了解对称性破坏细胞运动之前的一个步骤是打破对称，当细胞分子最初对称排列时，通常在受到刺激后重组为不对称的模式或形状。这类似于迁徙的鸟类在对阳光或地标等环境指南针做出反应时转变为新的队形，从而打破对称。在微观层面上，免疫细胞会感知集中在感染部位的化学信号，并打破对称，穿过血管壁到达受感染的组织。当细胞打破对称性时，它们会转变为极化和不对称结构，为向目标移动做好准备。"对称性破缺的概念对生命至关重要，影响着生物学、物理学和宇宙学等多个领域，"在约翰-霍普金斯大学攻读研究生时领导这项研究的希瓦-拉扎维（ShivaRazavi）博士说，他在约翰霍普金斯大学攻读研究生时领导了这项研究，现在是麻省理工学院的博士后研究员。"了解对称性破缺是解开生物学基本原理和发现如何利用这些信息来设计治疗方法的关键。"长期以来，人们一直认为找到在合成细胞中模仿和控制对称性破坏的方法对于了解细胞如何检测其化学环境并重新排列其化学轮廓和形状至关重要。在这项研究中，科学家们创造了一个带有双层膜的巨大囊泡--一个由磷脂、纯化蛋白质、盐和提供能量的ATP组成的裸体简化合成细胞或原细胞。原细胞呈球形，因此被昵称为"泡泡"。在实验中，科学家们成功地设计出了具有化学感应能力的原细胞，它能促使细胞打破对称性，从一个近乎完美的球体变成一个凹凸不平的形状。研究人员说，该系统专门设计用于模仿免疫反应的第一步，能够根据中性粒细胞感知到的周围蛋白质发出攻击病菌的信号。拉扎维说："我们的研究展示了类细胞实体如何能够感知外部化学线索的方向，模拟生物体内的条件。通过从零开始构建类细胞结构，我们可以更好地识别和理解细胞以最简化的形式打破对称性所需的基本组成部分。"给药领域的未来应用科学家们说，有朝一日，化学传感可用于体内靶向给药。约翰-霍普金斯大学医学院细胞生物学教授、细胞动力学中心主任、资深作者井上隆成（TakanariInoue）博士说："我们的想法是，可以把任何你想要的东西--蛋白质、RNA、DNA、染料或小分子--打包到这些气泡中，利用化学传感告诉细胞该去哪里，然后让细胞在预定目标附近破裂，这样药物就能被释放出来。"为了激活囊泡的化学感应能力，研究人员在合成细胞中植入了两种作为分子开关的蛋白质--FKBP和FRB。蛋白质FKBP被置于细胞中心，而FRB则被置于细胞膜上。当科学家们在气泡细胞外引入一种化学物质--雷帕霉素时，FKBP就会移动到细胞膜上与FRB结合，从而引发一种叫做肌动蛋白聚合的过程，也就是合成细胞骨架的重组。在原细胞内部，化学反应产生了由肌动蛋白组成的杆状结构，对细胞膜施加压力，使其弯曲。研究人员使用了一种名为共聚焦显微镜的专门快速三维成像技术来记录原细胞的化学感应能力；他们必须以每15到30秒一帧的速度快速记录图像，因为原细胞会对化学信号做出快速反应。下一步，研究人员的目标是让这些合成细胞具备向所需目标移动的能力。最终，研究人员希望设计出的合成细胞能在靶向药物输送、环境传感以及其他需要精确移动和对刺激做出反应的领域中发挥重要的潜在应用。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434518.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434518.htm

科学家对免疫细胞原理展开更细致的研究 未来有望改善疫苗设计

科学家对免疫细胞原理展开更细致的研究未来有望改善疫苗设计罗格斯大学新泽西医学院助理教授、该研究的资深作者TessaBergsbaken说："了解每种Trem细胞的作用，我们就能制定疫苗，产生最有效的Trem细胞类型来对抗特定的感染，而且我们以前的工作表明，我们可以修改疫苗来改变这两种细胞类型的平衡。Trm细胞并不总是有益的。某些自身免疫性疾病可能是由Trim细胞驱动的，我们认为我们所学到的东西也将帮助我们发现这些细胞如何能够反过来对付我们。"每一次新的感染都会促使免疫系统创造出定制的T细胞（一种白血球）来保护自己。斗争结束后，免疫系统继续产生那些相同的T细胞（尽管数量少得多），以备入侵者卷土重来。许多T细胞在整个身体内循环，"寻找"它们应该对付的抗原，但T细胞附着在将身体与外部世界隔开的屏障组织中：皮肤、眼睛、鼻腔和整个消化道。以前的研究已经揭示了Trem细胞的各种亚型，它们主要通过两种特定蛋白的表达来区分，即CD103和CD69。然而，Trim亚型之间的功能差异仍然是个谜。在这项研究中，研究人员设计了小鼠，使其能够标记在应对常见的细菌感染--耶尔森菌假结核时产生的CD103+Trm细胞。这反过来使他们能够区分CD103+细胞与CD103-Tram细胞对再感染的反应。他们发现，CD103+细胞在再感染后没有繁殖或直接攻击入侵者。相反，是CD103-细胞在再感染后繁殖并攻击细菌。Bergsbaken说："我们看到的基本上是这两种不同细胞之间的分工，但CD103-Trm细胞发挥了更重要的作用。在最初的感染或疫苗接种期间产生更多的这些CD103-Trm细胞，可能会带来对随后的感染的更好保护。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335537.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335537.htm

科学家用3D打印机“生物打印 ”植物细胞 以研究细胞功能

科学家用3D打印机“生物打印”植物细胞以研究细胞功能一项新研究揭示了一种可重复的方法，通过3D打印机“生物打印”这些细胞来研究不同类型的植物细胞之间的细胞通讯。学习更多关于植物细胞如何相互“沟通”--以及与环境“沟通”--是了解更多关于植物细胞功能的关键。这最终可能导致产生最佳的生长环境和更好的作物品种。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1327333.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1327333.htm

开启健康长寿之门：科学家在细胞蛋白质中发现抗衰老功能

开启健康长寿之门：科学家在细胞蛋白质中发现抗衰老功能线粒体及其自身的DNA在细胞内产生能量，为生物功能提供动力，但这一过程中产生的有毒副产品会加速细胞衰老。Zuryn博士说："在压力条件下，当线粒体DNA受损时，ATSF-1蛋白会优先进行修复，从而促进细胞健康和长寿。"他将这种关系比喻为需要进站的赛车。他说："当线粒体需要修复时，ATSF-1就会发出细胞需要加油站的信号。"用红色和绿色荧光蛋白装饰神经系统中线粒体的活秀丽隐杆线虫"我们在秀丽隐杆线虫体内研究了ATFS-1，发现增强ATFS-1的功能可以促进细胞健康，这意味着这些蠕虫会变得更加灵活，寿命更长。它们并没有活得更长，但随着年龄的增长，它们变得更健康了。线粒体功能障碍是许多人类疾病的核心，包括痴呆症和帕金森氏症等常见的与年龄有关的疾病。""我们的发现可能会对健康老龄化和遗传性线粒体疾病患者产生令人兴奋的影响，了解细胞如何促进修复是确定预防线粒体损伤的可能干预措施的重要一步。我们的目标是通过了解恶化的线粒体是如何促成这一过程的，来延长衰老过程中通常会衰退的组织和器官功能。"展望未来，戴博士说："我们最终可能会设计出干预措施，让线粒体DNA在更长的时间内保持健康，从而提高我们的生活质量。"这项研究发表在科学杂志《自然-细胞生物学》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378289.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378289.htm

人工智能如何协助科学家找到让CAR-T细胞杀死癌细胞的“词汇”

人工智能如何协助科学家找到让CAR-T细胞杀死癌细胞的“词汇”这项研究最近发表在《科学》杂志上，它是第一次将先进的计算技术应用于一个传统上通过试错实验和使用预先存在的分子而不是合成分子来设计细胞的领域。这一进展使科学家能够预测他们应该在细胞中包括哪些元素--天然的或合成的--以使其具有有效应对复杂疾病所需的精确行为。癌症是一种以身体内细胞的异常生长和分裂为特征的疾病。肿瘤可以影响身体的任何部分，可以是良性的（非癌症）或恶性的（癌症），通过血液或淋巴系统扩散到身体的其他部分。细胞和分子药理学拜尔斯特聘教授温德尔-林博士说："这是该领域的一个重要转变，只有拥有这种预测能力，我们才能到达一个地方，迅速设计出新的细胞疗法，开展所需的活动。"他是加州大学旧金山分校细胞设计研究所的负责人，并领导了这项研究。大部分治疗性细胞工程涉及选择或创造受体，当这些受体被添加到细胞中时，将使其能够执行新功能。受体是架设在细胞膜上的分子，用于感知外部环境，并向细胞提供如何应对环境条件的指令。将正确的受体放入一种称为T细胞的免疫细胞中，可以重新编程，使其识别并杀死癌细胞。这些所谓的嵌合抗原受体（CARs）已经对一些癌症有效，但对其他癌症无效。Lim和主要作者KyleDaniels博士是Lim实验室的研究员，他们关注的是位于细胞内部的受体部分，包含一串氨基酸，每个图案都像一个命令"单词"，指导细胞内的一个行动。这些词如何被串联成一个"句子"，决定了细胞将执行什么命令。今天的许多CAR-T细胞被设计成带有受体，指示它们杀死癌症，但也在短时间内休息一下，就像说："打掉一些流氓细胞，然后休息一下。"结果是，癌症可以继续生长。该团队认为，通过以不同的方式组合这些"词语"，他们可以产生一种受体，使CAR-T细胞能够完成工作而不需要休息。他们制作了一个由近2400个随机组合的命令句子组成的图书馆，并在T细胞中测试了其中的数百个，以了解它们在打击白血病方面的有效性。接下来，Daniels与计算生物学家SimoneBianco博士合作，他在研究时是IBMAlmaden研究中心的研究经理，现在是Altos实验室的计算生物学主任。比安科和他的团队，也是在IBMAlmeden的研究人员萨拉-卡波尼博士，以及当时在IBM做博士后、现在在Altos实验室的王尚英博士，将新的机器学习方法应用于数据，生成全新的受体句子，他们预测这将更加有效。"我们改变了句子中的一些词语，并赋予它新的含义，"丹尼尔斯说。"我们预测性地设计了T细胞，它们不需要休息就能杀死癌症，因为新的句子告诉它们，'把那些流氓肿瘤细胞打掉，然后继续打'。""整体绝对大于部分之和，"Bianco说。"它使我们不仅能够更清楚地了解如何设计细胞疗法，而且能够更好地理解生命本身的基本规则，以及生物如何做它们所做的事情。"鉴于这项工作的成功，卡波尼补充说："我们将把这种方法扩展到多样化的实验数据中，并希望能重新定义T细胞设计"。研究人员相信这种方法将产生用于自身免疫、再生医学和其他应用的细胞疗法。丹尼尔斯对设计自我更新的干细胞感兴趣，以消除对献血的需求。他说，这种计算方法的真正力量超出了制作命令句子的范围，而是理解分子指令的语法。丹尼尔斯说："这是制作细胞疗法的关键，它能准确地完成我们希望它们做的事情。这种方法促进了从理解科学到工程的现实应用的飞跃。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339927.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339927.htm