院士Science解开长期生物学谜题

　　最近，澳大利亚莫纳什大学的研究人员，与日本、德国和瑞士的同事合作的一项研究，以原子级的分辨率解析了线粒体外膜转运蛋白复合物（TOM）的分子结构。这一研究是由澳大利亚科学院院士、澳大利亚桂冠院士Trevor Lithgow指导完成，解开了生物学中一个长期的谜题，于九月二十五日发表在国际著名期刊《Science》。

　　线粒体经常被称为细胞的发电厂，因为它们能产生类似于从电池获得的化学能量。无论是大脑、肌肉还是植物细胞中，有一种纳米级的通道，通过仔细地让某些蛋白和其他分子进入我们的线粒体，控制着线粒体电池的活性。其中一些蛋白质是大而复杂的分子，但它们基本上能从细胞质进入线粒体，而线粒体膜仍保持防水性和完整性。这个过程是怎么发生的？几十年来一直困扰着科学界。

　　Trevor Lithgow教授是该研究的首席研究员、莫纳什大学新成立的生物医学发现研究所（BDI）成员，他介绍说，这个发现意味着，科学家们现在可以使用这项技术来确定通过任何膜的任何分子。他解释说：“像蛋白质这样的大分子，如何通过膜进进出出，一直是一个谜。我们已经表明，这项技术可以应用于解决细胞中发生的所有基本途径的原子尺度细节，从而为直接应用于医学研究开辟了新的途径。”

　　Lithgow教授和他的团队使用一种新的技术，使活生物体的遗传密码除了常见的20个氨基酸之外，还扩展到包括非天然氨基酸。该技术已被用于在澳大利亚以外的少数实验室。Lithgow教授和BDI的首席研究员Takuya Shiota，专注于TOM蛋白复合物——一组大的复杂的分子，嵌入在线粒体膜中，但是它们嵌入膜的方式一直困惑着研究人员。据Lithgow教授介绍，他们进行了很多种尝试，但是没有取得进展，他们利用X射线晶体学和结构生物学的其他标准技术，解开了TOM 40运输的秘密。

　　Lithgow的实验室，与名古屋大学、京都大学和东京大学的同事共同合作，提升了这项技术的规模，可以分析数以百计的重编码TOM 40复合物，每一种复合物都具有一个新的额外的21st氨基酸。最终得到一个三维数据的魔术方块，并在最后有一个独特的解决方案，来解释TOM 40蛋白复合物的结构，并阐释它作为进入线粒体的通道是如何运作的。

　　通过展示这项技术，Lithgow教授认为，研究人类细胞生物学中不同过程的其他实验室，将会模仿这些实验来确定他们选择的纳米机器是如何运转的。这包括很多过程，从DNA损伤和修复，到调节代谢紊乱和癌症这样的事件。他说：“这项新技术揭示了生物学中一个主要的未知数，以及现在正在探索的其他细胞奥秘。”

　　这项研究是Lithgow教授15多年工作达到的高潮。当他在巴塞尔大学人类前沿科学项目从事博士后研究时，开始致力于研究蛋白质和其他分子如何进入线粒体，回到澳大利亚后他继续寻求TOM 40的秘密。他说：“有了这一发现，我将在几年内专注于将这一技术转移到澳大利亚其他实验室。”

　　根据BDI主任John Carroll教授介绍，这项研究是跨学科方法的一个很好的例子，将是IBD研究所的一个重要标志。他说：“我们把来自所有生物医学学科的科学家，与数学家、化学家及其他人集中一起，获得了这一重要的发现，提供了关于‘我们的身体是如何运作的’的重要新信息。”