在细胞内工作的纳米机器的第一次三维观察

目前，研究蛋白质纳米机器功能的生物学家将这些复合物分离到试管中的细胞外，然后应用体外技术，使它们能够观察到它们的结构，直至原子水平。或者，他们使用的技术允许在活细胞内分析这些复合物，但几乎没有结构信息。在这项研究中，科学家们直接观察了活细胞中蛋白质机制的结构和功能。

“现有的体外技术非常出色，可以让我们在原子水平上进行观察，但所提供的信息是有限的。如果我们将它拆开并只查看各个部分，我们就不会知道发动机是如何工作的。我们需要看到发动机装在车内并运行。在生物学方面，我们仍然没有工具来观察活细胞的内部运作，但我们开发的技术是朝着正确的方向迈出的一步，我们现在可以看到， 3-D，蛋白质复合物如何发挥其功能，“IRB巴塞罗那研究员兼研究小组协调员Oriol Gallego解释说，该研究还涉及博士生Irene Pazos。

看着纳米机械在工作

新策略使用超分辨率显微镜和计算建模的方法。该技术使研究人员能够以5纳米的精度观察蛋白质复合物，其分辨率“比超分辨率提供的分辨率高4倍，这使我们能够进行以前不可行的细胞生物学研究，”Gallego解释说。

研究人员对细胞进行遗传修饰，以便在其内部构建人工支持物，从而可以锚定蛋白质复合物。这些支撑物以这样的方式设计，即允许它们调节观察固定的纳米机械的角度。然后，为了确定蛋白质复合物的3-D结构，他们使用超分辨率技术测量不同组分之间的距离，然后将它们整合到类似于GPS使用的过程中。

胞吐作用的基本特征

Gallego已经使用这种方法来研究胞吐作用，这是细胞用于与细胞外部通信的机制。例如，神经元通过胞吐作用释放神经递质而相互通信。这项研究使科学家们能够揭示出一种关键的纳米机器在胞吐作用中的整个结构，直到现在才是神秘的。“我们现在知道这种由八种蛋白质组成的机器是如何起作用的，以及每种蛋白质的重要作用。这些知识将有助于我们更好地理解胞吐作用在癌症和转移过程中的作用，其中纳米机器被改变， “他解释道。

了解纳米机器如何实现其细胞功能具有生物医学意义，因为内部运作的改变可导致疾病的发展。通过这种新策略，可以研究健康和疾病中的细胞蛋白质机制。例如，有可能看到病毒和细菌在感染过程中如何使用蛋白质纳米机器，并更好地了解导致疾病的复合物中的缺陷，以便设计出可逆转它们的新治疗策略。

该技术可用于相对较大的复合物。“能够看到5纳米的蛋白质复合物是一项伟大的成就，但是在体外技术允许的原子尺度上观察细胞内部还有很长的路要走，”加勒戈说。“但我认为未来在于整合各种方法并结合每种方法的力量。”

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