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在过去的十年左右，科学家们已经开发出越来越多的人体细胞关键部分的合成版本，包括染色体。现在，研究人员的目标更高，他们正在开发首个工作人造原型，即人体细胞的“器官”——高尔基体，它有助于修饰生物分子并将其包装以便在细胞周围传递。
高尔基体是一种细胞器，类似于细胞内的微型器官，由像一叠煎饼一样堆叠在一起的囊状网络组成。它在化学修饰蛋白质方面发挥的作用对于蛋白质的稳定性和功能至关重要，并且它还有助于制造复杂的糖类。然而，高尔基体仍然是体内最不被了解的细胞器之一。
伦斯勒理工学院的化学家罗伯特·林哈特解释说：“这些囊泡是流动的，并且不断改变形状，因此很难掌握。” “虽然我们知道囊泡在堆叠之间流动的总体方向，但我们并不真正知道它们携带的货物是什么。”
为了更好地剖析高尔基体的工作原理，林哈特和他的同事试图创建一个合成版本，设计了一个平方毫米大小的芯片实验室，以模拟高尔基体内部修饰生物分子的酶装配线。样品分子附着在磁性颗粒上，悬浮在大小为3000亿分之一升的水滴中，并放置在芯片上。当芯片上这些分子的所需位置带电时，它对水的吸引力会增强，从而使液滴流向那里。然后，可以在该点下方保持一个更大的磁体，以将附着在生物分子上的磁性颗粒固定到位。通过这种方式，液滴可以穿过装载有酶装配线以及糖和其他酶可能附着到样品上的原材料的腔室。
在使用肝素（一种广泛使用的血液稀释剂）的非活性前体的实验中，科学家们发现他们的设备可以快速有效地修饰抗凝剂使其具有功能，他们计划在8月12日发行的《美国化学学会杂志》上详细介绍这些发现。研究人员认为，人造高尔基体可以带来比目前采用动物组织的技术更快、更安全的肝素生产方法。
英格兰利物浦大学的生物化学家和糖生物学家杰瑞·特恩布尔（未参与这项研究）表示，该设备显然是人造细胞器的首个实例。林哈特演示的这个概念验证系统虽然很简单，只使用了一种酶，但“显然有潜力被大大扩展为一种工具”，他补充道。
几十年来，科学家们一直在尝试逐件构建细胞，包括创建由合成细胞膜制成的气泡形式的简单人造细胞，以更好地了解地球上的生命是如何开始的。然后，在1997年，科学家们设计了首个人造人类染色体。今年早些时候，哈佛大学的分子技术专家乔治·丘奇和他的同事报告了在开发人造核糖体方面的突破，核糖体是每个细胞内部的结构，根据DNA的指令制造蛋白质。尽管首个人造核糖体是在1968年创建的，但最近的工作是在蛋白质合成正常发生的环境中组装核糖体，这与以前不同。丘奇说，这种核糖体可能是廉价的、独立于细胞的替代品，可以替代目前使用细胞制造蛋白质的工业过程。
现在林哈特和他的同事已经设计了一种原始的人造高尔基体，未来他们计划创建一种合成的内质网 (ER)，内质网是核糖体镶嵌在其中的细胞器，蛋白质合成和折叠在那里发生。
林哈特说：“我们甚至想将人造高尔基体和内质网整合在一起。” “我们基本上是在电子芯片上制造细胞的各个部分，并希望转向更复杂的系统。当然，细胞器非常复杂，线粒体和叶绿体几乎具有细菌细胞的复杂性，因此还有很多工作要做。”
在短期内，人造高尔基体可以帮助科学家了解实际的细胞器是如何修饰生物分子的——例如，它是如何糖基化或将糖添加到蛋白质上的。蛋白质上的糖可以影响其结构和功能、免疫系统对其的反应以及它在血液中停留的时间。
林哈特说：“超过一半的蛋白质被糖基化，因此很明显这是一个重要的过程，但我们只是没有很好的方法在细胞中研究它。” “这个平台为我们提供了一个人工系统来测试它，看看什么是重要的。”