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【科學講堂】想人造細胞 先學「包餃子」

2018-11-15
■樹葉細胞中的葉綠體 ,就是一個專門的「部門」,幫助植物進行光合作用。 網上圖片■樹葉細胞中的葉綠體 ,就是一個專門的「部門」,幫助植物進行光合作用。 網上圖片

不知大家有否看過日本漫畫《鋼之鍊金術師》?故事中的許多角色,都曾收集水、碳、氨等原材料,期望藉由鍊金術,將這些原材料轉化成生命,好讓他們能夠跟已失去的親人團聚。在故事中,這樣的「妄想」自然從未成功過,其中更牽涉到「意識」這個難題:我們的意識是從何而來的?有可能將記憶從一個個體轉移至另一個嗎?在現實生活中,合成生物學(Synthetic Biology)的科學家就正正是在研究如何運用各種原材料去「製造」生命。不過我們沒有鍊金術的「協助」,因此必須從如何製造細胞開始;「意識」這個問題,幸運地我們暫時還不需要擔憂。

脂肪製包皮 蛋白質作餡

要人工合成細胞,就如包餃子一樣,首先我們要懂得製成如細胞膜一般的薄膜,然後再將各種有關的有機物料包裹於其中。細胞膜的一大主要功用,就是將細胞自身的物質與外界分隔開來;外界環境大多以水為媒介,而脂肪跟水正好不是很「混得來」,因此很適合作為細胞膜的主要成分。現在科學家們已懂得利用脂肪製成細小的容器(我們稱之為「脂質體liposome」),再注入多種蛋白質去嘗試製成人工細胞。

比方說德國馬克思普蘭克生化研究所(Max Planck Institute of Biochemistry)的Petra Schwille和她的團隊,成功為她們的「人工細胞」加進名為Min的蛋白質。在真實的細菌細胞裡,這些Min蛋白質在細胞分裂的過程中起茩垠n的作用;在Schwille的研究中,加入這些蛋白質可以令她們的人工細胞自行移動,甚至在中央收縮,儼然將要進行細胞分裂。

荷蘭代爾夫特理工大學(Delft University of Technology)的Cees Dekker和他的研究人員,也一直在探索如何改變這些人工細胞的形狀,以求更好地模仿真正的細胞。今年他的團隊藉由把人工細胞壓向尖銳的實驗儀器,而成功令它們一分為二,進行了一個原始版本的「細胞分裂」。不過Dekker自己也承認,這跟真正的細胞分裂還有點兒距離。

物質分部門 放於不同位

有效地把不同的有機物質「收藏」於細胞的不同位置之中,對成功製造人工細胞極為重要。每一秒在細胞中發生的生化反應,本來就不止數以千計,因此細胞必須將不同的物料分隔開來;否則眾多的生化反應在互相影響之下,不能維持太久。比方說樹葉細胞中的葉綠體,就是一個專門的「部門」,幫助植物進行光合作用,利用陽光將二氧化碳及水轉化為能量。

要成功製造人工細胞,困難當然不止於此。例如我們還要想辦法為人工細胞提供能量的來源,以及決定什麼基因對人工細胞有用。科學家們在這些方面的進展如何?下一次再跟大家分享。■張文彥博士 香港大學理學院講師

短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

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