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在過去的十年左右，科學家們已經開發出越來越多的人體細胞關鍵部分的合成版本，包括染色體。現在，研究人員的目標更高，他們正在開發首個工作人造原型，即人體細胞的“器官”——高爾基體，它有助於修飾生物分子並將其包裝以便在細胞周圍傳遞。
高爾基體是一種細胞器，類似於細胞內的微型器官，由像一疊煎餅一樣堆疊在一起的囊狀網路組成。它在化學修飾蛋白質方面發揮的作用對於蛋白質的穩定性和功能至關重要，並且它還有助於製造複雜的糖類。然而，高爾基體仍然是體內最不被瞭解的細胞器之一。
倫斯勒理工學院的化學家羅伯特·林哈特解釋說：“這些囊泡是流動的，並且不斷改變形狀，因此很難掌握。” “雖然我們知道囊泡在堆疊之間流動的總體方向，但我們並不真正知道它們攜帶的貨物是什麼。”
為了更好地剖析高爾基體的工作原理，林哈特和他的同事試圖建立一個合成版本，設計了一個平方毫米大小的晶片實驗室，以模擬高爾基體內部修飾生物分子的酶裝配線。樣品分子附著在磁性顆粒上，懸浮在大小為3000億分之一升的水滴中，並放置在晶片上。當晶片上這些分子的所需位置帶電時，它對水的吸引力會增強，從而使液滴流向那裡。然後，可以在該點下方保持一個更大的磁體，以將附著在生物分子上的磁性顆粒固定到位。透過這種方式，液滴可以穿過裝載有酶裝配線以及糖和其他酶可能附著到樣品上的原材料的腔室。
在使用肝素（一種廣泛使用的血液稀釋劑）的非活性前體的實驗中，科學家們發現他們的裝置可以快速有效地修飾抗凝劑使其具有功能，他們計劃在8月12日發行的《美國化學學會雜誌》上詳細介紹這些發現。研究人員認為，人造高爾基體可以帶來比目前採用動物組織的技術更快、更安全的肝素生產方法。
英格蘭利物浦大學的生物化學家和糖生物學家傑瑞·特恩布林（未參與這項研究）表示，該裝置顯然是人造細胞器的首個例項。林哈特演示的這個概念驗證系統雖然很簡單，只使用了一種酶，但“顯然有潛力被大大擴充套件為一種工具”，他補充道。
幾十年來，科學家們一直在嘗試逐件構建細胞，包括建立由合成細胞膜製成的氣泡形式的簡單人造細胞，以更好地瞭解地球上的生命是如何開始的。然後，在1997年，科學家們設計了首個人造人類染色體。今年早些時候，哈佛大學的分子技術專家喬治·丘奇和他的同事報告了在開發人造核糖體方面的突破，核糖體是每個細胞內部的結構，根據DNA的指令製造蛋白質。儘管首個人造核糖體是在1968年建立的，但最近的工作是在蛋白質合成正常發生的環境中組裝核糖體，這與以前不同。丘奇說，這種核糖體可能是廉價的、獨立於細胞的替代品，可以替代目前使用細胞製造蛋白質的工業過程。
現在林哈特和他的同事已經設計了一種原始的人造高爾基體，未來他們計劃建立一種合成的內質網 (ER)，內質網是核糖體鑲嵌在其中的細胞器，蛋白質合成和摺疊在那裡發生。
林哈特說：“我們甚至想將人造高爾基體和內質網整合在一起。” “我們基本上是在電子晶片上製造細胞的各個部分，並希望轉向更復雜的系統。當然，細胞器非常複雜，線粒體和葉綠體幾乎具有細菌細胞的複雜性，因此還有很多工作要做。”
在短期內，人造高爾基體可以幫助科學家瞭解實際的細胞器是如何修飾生物分子的——例如，它是如何糖基化或將糖新增到蛋白質上的。蛋白質上的糖可以影響其結構和功能、免疫系統對其的反應以及它在血液中停留的時間。
林哈特說：“超過一半的蛋白質被糖基化，因此很明顯這是一個重要的過程，但我們只是沒有很好的方法在細胞中研究它。” “這個平臺為我們提供了一個人工系統來測試它，看看什麼是重要的。”