合成材料模拟生物体

细胞变形的人造最小模型。包封的生物分子在膜上形成一层，其主动驱动连续运动。

生物物理学家详细介绍了它们如何设计的合成材料，以模仿生物体的显着复杂性，成功地实施了可以改变其形状并立体移动的细胞的简约模型。

细胞是具有复杂代谢系统的复杂对象。它们的进化祖先，原始细胞仅由膜和少数分子组成。这些是简约且完美的运行系统。

因此，“返回到细胞的起源”成为了南方教授的座右铭，他是卓越“纳斯系统倡议慕尼黑（NIM）”和他的国际合作伙伴的成员。他们的梦想是使用几种基本成分创建具有特定功能的简单单元格模型。从这种感觉中，它们遵循合成生物学的原理，其中组装了近在蜂窝构建块以产生具有新特性的人工生物系统。

生物物理学家的愿景是用生物力学功能创建一种细胞样模型。它应该能够在没有外部影响的情况下移动和改变其形状。他们描述了他们如何将这一目标转化为现有版的学术期刊科学版，他们的研究是封面故事的特色。

魔术球

生物物理学家的模型包括膜壳，两种不同种类的生物分子和某种燃料。诸如囊泡的包膜是由双层脂质膜制成的，类似于天然细胞膜。科学家们用微管，细胞骨架的管形部件和胰蛋白酶分子填充了血频。在细胞中，Kinesins通常用作沿着微管的蜂窝构建块的分子电机起作用。在实验中，这些电动机将小管与彼此永久推动。为此，Kinesins需要在实验设置中提供的能量载体ATP。

从物理角度来看，微管在膜下形成二维液晶，这是永久的运动状态。“一个人可以将液晶层漂移在湖面上的树木日志漂移，”菲利克斯克贝尔解释说，研究的铅作者。“当它变得太拥挤时，它们并联排队，但仍然可以彼此漂流。”

迁移故障

对人造电池结构变形的决定性是，即使在其静止状态下，液晶也必须始终包含故障。数学家通过Poincaré-hopf定理来解释这些种类的现象，象征也称为“毛茸茸的问题”。正如一个人无法梳理毛球而不产生牛仔鸡，总会有一些微管，其不能以规则的图案靠在膜表面上。在某些位置处，小管将在彼此彼此正交的稍微正交 - 在非常特定的几何形状中。由于慕尼黑的案例中的微管，因此由于动素分子的活动，因此彼此恒定运动，因此故障也迁移。令人惊讶的是，它们以非常统一和周期性的方式执行此操作，在两个固定方向之间振荡。

尖刺延伸

只要囊泡具有球形形状，故障就没有对膜的外形没有影响。然而，一旦水通过渗透去除水，囊泡就会由于膜内的运动而开始变化。由于囊泡损失更多的水，因此膜中松弛地形成尖刺的延伸部，如单一细胞用于运动的那些。

在这个过程中，各种各样的形状和动态都亮起。事实上，似乎随意的是，遵循物理定律。这就是国际科学家如何成功地解密一些像囊泡的周期性行为一样的基本原则。反过来，这些原则是在其他系统中制定预测的基础。

“通过我们的合成生物分子模型，我们创建了一种开发最小电池模型的新选择，”Bausch解释道。“理想地适合于以模块化方式提高复杂性，以便以受控方式重建细胞迁移或细胞锁定等细胞过程。人工创建的系统可以从物理角度综合描述，使我们希望在下一个步骤中，我们还将能够揭示歧管细胞变形背后的基本原理。“

该研究部分受到德国卓越倡议的支持，通过巨大的研究所和卓越的群集纳米系统倡议纽约州。慕尼黑生物物理学家的工作是与来自美国沃尔瑟姆沃尔瑟姆的同事合作，是美国的国际学校的国际学校，意大利，意大利和锡拉库斯大学在纽约，美国。

出版物：Felix C. Keber等，“活跃象征囊泡的拓扑和动态”2014年9月5日的科学：卷。 345号。 6201 pp 1135-1139; DOI：10.1126 / Science.1254784

图像：Keber，Loiseau，Sanchez，Bausch / Tum