想象一下細胞內部有無數個沒有圍墻的游樂場——這里的旋轉木馬是代謝工廠，摩天輪是信號樞紐，所有設施都能根據游客需求隨時重組。這正是上海交大夏小霞團隊在《Nature Chemical Biology》描繪的奇妙場景：通過人工構建無膜細胞器，科學家正在為微生物打造可編程的"智能車間"。

無膜細胞器驅動的細胞代謝調控

生命系統的動態魔法

傳統細胞器像用磚墻圍成的車間，而無膜細胞器更像是用磁鐵吸附形成的臨時工坊。這種特殊結構通過蛋白質"相變"自然形成——當特定蛋白濃度達到臨界值，就像熱湯表面凝結的油花，突然在細胞液中分離出功能微區。這種動態特性讓它們既能快速聚集執行任務，又能在完成后立即解散，完美適應細胞瞬息萬變的需求。

蛋白質積木的智慧拼裝

研究團隊借鑒樂高積木的模塊化思維，將人工無膜細胞器拆解為三個智能模塊：感應單元（感知環境變化）、組裝單元（控制相分離）、功能單元（執行生化反應）。通過替換不同模塊，他們在大腸桿菌中成功構建了可編程代謝平臺。當需要時，特定酶類會被精準募集到"臨時車間"，避免代謝中間產物在胞內亂竄造成的能量浪費——這就像把流水線工人直接送到組裝臺，省去了在廠房里奔走的耗時。

細胞工程的未來藍圖

目前這些人工細胞器已展現出獨特優勢：在合成生物學領域，它們可將代謝通路效率提升3-5倍；在生物醫藥中，能實現藥物前體的分區合成。更令人期待的是，這種技術或將破解"合成細胞"的核心難題——如何讓數百個生化反應在狹小空間中有序進行。研究團隊正在探索用光控、溫度敏感元件構建智能開關，未來或能像指揮交響樂般精準調控細胞活動。

當我們在顯微鏡下觀察這些閃爍著熒光的代謝工廠，看到的不僅是蛋白質分子的精妙舞蹈，更是人類改寫生命程序的智慧光芒。或許不久的將來，定制化細胞工廠將成為現實，而這一切都始于對細胞里那些"魔法泡泡"的深刻理解。

來源: 科普中國高校行之“人與自然和諧共生”

內容資源由項目單位提供