约翰霍普金斯医学研究人员报告说，食品科学原理已帮助他们确定细胞内不寻常的液滴如何保持有序并避免溶解到细胞凝胶状内部的其余部分。
研究人员表示，他们的工作可以促进对细胞进化的科学理解，并帮助食品和化学工业的科学家开发更好的方法来防止液体混合物分离。
所有生物体的细胞都拥有一组称为细胞器的微型生物机器。这些结构运行着细胞强大的线粒体、脑核和其他操作，所有这些都具有明确的边界并包裹在膜中。然而，还有其他细胞部分看起来像粘性的、无膜的“斑点”，但它们有不同的用途，例如调节基因、发送化学信号或储存特殊分子的位点。
长期以来，科学家们一直认为这些有点神秘的液滴可能是细胞器的原始版本，约翰霍普金斯大学领导的研究小组与实验室蠕虫合作，进一步研究了它们。
一份关于研究小组关于这些被称为生物分子凝聚物的液滴的发现的报告于 9 月 10 日发表在《科学》杂志上。
“我希望这项工作将有助于让科学家相信生物分子凝聚物是高度复杂的细胞隔室，”医学发现亨廷顿谢尔顿教授兼约翰霍普金斯大学医学院基础研究副院长 Geraldine Seydoux 博士说。霍华德休斯医学研究所研究员。“我们发现它们具有调节作用并对环境做出反应，就像其他细胞器一样。我们发现它们确实有膜，只是不是我们习惯看到的那种类型。”
生物分子凝聚物在 1970 年代首次被科学家称为“颗粒”，他们使用电子显微镜更仔细地观察许多生物体的结构，包括称为线虫的弯曲生物，其相对简单的生物学使它们成为研究所有事物的常见实验室模型。从现代基因切割技术到蛋白质结构。蠕虫中的冷凝物看起来很硬，外观类似于沙粒，被称为 P 颗粒。
2014 年，在 Seydoux 的实验室，研究生 Jennifer Wang 进行了遗传分析，以在蠕虫 P 颗粒中找到一种名为 MEG-3 的蛋白质。Wang 的实验表明，另一种蛋白质 PGL-3 产生粘性液滴，即 P 颗粒的“核心”，而 MEG-3 在 P 颗粒的外部游荡，形成覆盖在 P 颗粒表面的小“簇”。 P颗粒。
“我们不明白的是，这些蛋白质可能只是停留在 P 颗粒的外部，但对于稳定颗粒内部却是不可或缺的，”Seydoux 说。
2020 年 1 月，当赛杜正在寻找合适的词来描述他们的观察时，这个谜团仍未解开。她在谷歌上搜索了“固体稳定液体”，并找到了对 Pickering 乳液食品科学概念的引用。“当我阅读更多关于这种现象的信息时，我有一个天哪，”赛杜说。
乳液是两种通常不能很好混合的液体的混合物，如油和水。Pickering 乳液是一种稳定的混合物，就像日常杂货店里的一盒牛奶一样。
未经加工的牛奶自然是不稳定的，牛奶中的脂肪滴往往会聚集在一起，以减少脂肪分子之间的整体表面积。脂肪分子——或奶油——上升到顶部并与乳清或牛奶中的水状液体分离。
为了避免牛奶分离并稳定液体，乳制品加工商将牛奶推过一个小针头，这会打碎脂肪滴，用一种叫做酪蛋白的蛋白质包裹它们，并避免形成一层融合的脂肪分子的奶油层。
Seydoux 说她突然想到 MEG-3 的作用可能与酪蛋白在牛奶中的作用非常相似，降低液滴的表面张力以防止它们融合在一起。她补充说，MEG-3 倾向于保留在 P 颗粒表面周围，这向她表明它起到了一种膜的作用。
在他们的实验中，Seydoux 和她的团队表明，涂有 MEG-3 的 PGL-3 液滴在载玻片上保持均匀分离，与未涂覆的凝聚物相比，融合在一起的液滴数量是其两倍，在载玻片上形成的液滴越来越少。
“这是食品科学中众所周知的现象，现在我们看到它也可能发生在细胞内，”赛杜说。
Seydoux 和她的团队还设计了缺乏 MEG-3 的蠕虫卵细胞，发现未包被的 P 颗粒溶解得更慢。Seydoux 说，这个实验和其他实验表明，MEG-3 不仅可以在正常条件下稳定液滴，而且还可以在环境条件发生变化时使液滴做出更快的反应。
Seydoux 的博士后团队，包括细胞成像专家 Andrew Folkmann 和生物化学家 Andrea Putnam，寻求物理化学专家的帮助以完成他们的研究，该专家可以指导他们了解 Pickering 乳液的物理学。
在将伦敦帝国理工学院的生物工程师 Chiu Fan Lee 加入该团队几个月后，他帮助他们确定了 MEG-3 蠕虫模型中缺失的成分：一种名为 MBK-2 的酶，可帮助 P 颗粒内的液体变得不那么粘稠。
“总的来说，这些实验为细胞内的这种原始汤如何组装成能够抵抗融合在一起并对发育线索做出反应的隔室提供了解释，”Seydoux 说。
该团队计划进一步研究以确定 MEG-3 的精确物理结构以及有关其工作原理的更多细节。他们说，如果进一步的研究成功，MEG-3 可以为在食品和化学工业中开发 Pickering 乳液提供可再生资源。
Seydoux 和团队已经申请了使用 MEG-3 作为开发 Pickering 乳液工具的专利。
该研究的资金由美国国立卫生研究院 (R37HD037047, F32GM134630) 提供。赛杜是霍华德休斯医学研究所的研究员。
