Science：能自己运动的人造细胞

　　细胞有着复杂的代谢系统，不过它们的祖先原始细胞，仅仅由膜和少数几个分子组成，是一种既简单又完美的功能体系。

　　慕尼黑工业大学TUM的Andreas Bausch教授，一直致力于使用基础原料创造出拥有特定功能的简单细胞模型。现在，他领导研究团队构建了一个具有生物力学功能的类细胞模型，该模型能够在没有外界影响的情况下自己移动和改变形态。这一成果发表在本期的Science杂志上。

　　这项研究中的类细胞模型，是一个包括膜外壳、两种不同的生物分子和一些ATP燃料的囊泡。囊泡外壳是类似于天然细胞膜的双层磷脂膜，囊泡的内部填入了微管（细胞骨架）和驱动蛋白。从物理角度看，这些微管在细胞膜下形成了二维液晶（two-dimensional liquid crystal），处于持久的运动状态。

　　在细胞中，驱动蛋白一般作为分子马达，沿着微管运输细胞的建设原料。在这项研究中，这些分子马达持续不断地推动微管，当然这需要ATP为其提供能量。

　　这个人造细胞之所以能变形，是因为Poincaré-Hopf定理也称为毛球定理。通俗地讲，该理论认为梳平毛球的尝试一定会产生尖角，因此“永远不可能抚平一个毛球”。在这项研究中，总有一些微管不能在细胞膜下规矩地平躺下来，会在特定的位置出现翘起。由于驱动蛋白在不断试图排好微管，翘起的部位也会随之改变。令人称奇的是，这一过程非常统一而且具有周期性，在两个固定的方向之间振荡。

　　只要囊泡还是球形，微管的排列问题就不会影响膜的外部形态。然而一旦渗透失水，囊泡就会根据微管运动而改变形态。如果囊泡进一步失水，松弛的膜就会形成突起，类似于细胞移动时所用的结构。

　　在这种情况下，人造细胞会出现各种各样的形态和动态，虽然看起来像是随机发生的，但它们实际上遵循着物理学规则。Bausch指出，人们可以在这个模型的基础上增加复杂性，以可控的方式重建细胞迁移或细胞分裂等过程。