研究人员通过在活细胞中时空耦合合成纳米晶体来创建超级生物系统

在过去的十年中，Cell 已被用作通过人工调节来完成意想不到的任务的强大工具。鉴于在复杂的代谢过程中产生的大量反应中间体和支持细胞稳态的微妙氧化还原平衡，细胞可以作为一个有前途的化学工厂。然而，引导这些反应和途径合成所需产物仍然是一个挑战，因为它们自然存在于细胞内的不同时空维度中。庞戴文教授课题组提出了“纳米晶时空耦合活细胞合成”的概念，即通过有目的地、精确地耦合一系列细胞内氧化还原反应和代谢途径，在适当的时空顺序上合成纳米晶。活细胞。

以酵母细胞作为一个例子，荧光半导体CdSe量子点(QD)具有可调谐发射波长可以通过偶合亚硒酸钠的细胞内还原代谢(钠来合成2的SeO3与镉离子(Cd的两触发解毒)2+)。通过适当地操纵谷胱甘肽代谢途径，可以大大提高量子点的产量，表明谷胱甘肽在 CdSe 纳米晶体的生成过程中的关键作用。这种用于纳米晶体活细胞合成的有吸引力的策略随后已扩展到细菌细胞和哺乳动物细胞。值得注意的是，细胞衍生的微泡也可以被有效地原位标记与细胞内合成的量子点。由于优异的荧光特性、固有的高消光系数和生物相容性，细胞内合成的量子点和含有量子点的细胞已成功转化为用于生物检测的纳米生物探针，还创造了人工光合作用系统中的电子和能量中继。

受上述机制的启发，已经开发出模拟细胞内反应的无细胞准生物合成系统，以在温和条件下制造各种纳米晶体，如贵金属纳米粒子、合金纳米粒子、荧光和功能化量子点以及其他无机纳米晶体.这种通用的准生物合成更加灵活多样，进一步加强了生物合成的方法论。

活细胞作为生化反应的储存库，可以作为一个令人惊叹的综合化工厂，通过人工编程可以准确地进行前体形成、纳米晶成核和生长以及功能组装。然而，目前的人工调控合成仅仅利用了代谢途径的冰山一角。“我们希望吸引更多的研究人员探索新的策略和机制，以生产各种多功能晶体甚至复杂的异质纳米结构。我们提出的概念将使研究人员能够更好地利用活细胞的意想不到的潜力，为合成生物学领域打开一扇新的窗口，并为生物学、化学和医学的跨学科研究提供启示。”庞教授说。

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