量子生物學研究：細胞間“指令”通過特異性鈣分子運動協調

中國科學院微生物研究所

近日，一項研究表明，人體內的細胞就像計算機芯片一樣，通過有線連接來引導信號，從而指導它們如何工作。

然而，與固定電路板不同的是，細胞可以快速地重新連接其通信網絡，以改變它們的行為。這種細胞網絡的發現使我們理解“指令”如何在細胞周圍傳遞。該研究已發表在《Nature Communications》上，由英國愛丁堡大學領導，英國心髒基金會資助。

普遍觀點認為，各種形態功能和結構的細胞器漂浮在細胞質中，指示細胞該做什麼的信號被認為是以波的形式傳輸的，而波的頻率是信息的關鍵部分。

英國愛丁堡大學的研究人員發現，信息通過一系列導線進行傳輸，這些導線在微小的納米級距離內傳輸信號。

研究人員說，就像在計算機微處理器中一樣，正是帶電分子在這些極其微小距離上的運動傳遞信息。

這些局部信號負責協調細胞活動，例如指示肌肉細胞放松或收縮。當這些信號到達細胞核的遺傳物質時，它們會指示結構的微小變化，從而釋放特定基因，使其得以表達。

愛丁堡大學的科學家們利用類似於第一張黑洞圖片的計算技術，捕捉到了第一張細胞網絡的圖片。圖片來源：愛丁堡大學

基因表達的這些變化進一步改變了細胞行為。例如，當細胞從穩定狀態進入生長階段時，網絡就會被完全重新配置以傳輸信號，該信號開啟生長所需的基因。

研究人員表示，了解控制這種連接系統的代碼可以幫助理解諸如肺動脈高壓和癌症等疾病，並可能有一天開辟新的治療機會。

研究團隊通過研究細胞內帶電鈣分子的運動（這是在細胞內傳遞指令的關鍵信息），揭開了這一發現。

使用高倍顯微鏡，他們能借助類似於獲得第一張黑洞圖像的計算技術來觀察連接網絡。科學家們說，他們的發現是量子生物學的一個例子，量子生物學是一個新興領域，它用量子力學和理論化學來解決生物問題。

捕獲到的第一張細胞網絡圖像

該研究通訊作者愛丁堡大學腦科學發現中心的Mark Evans教授說：“我們發現，細胞功能是由納米管組成的網絡協調的，類似於計算機微處理器中的碳納米管。最引人注目的是，這個電路是高度靈活的，因為這個單元範圍的網絡可以快速地重新配置，以一種由核接收和傳遞信息決定的方式提供不同的輸出。這是沒有任何人造微處理器或電路板能夠實現的。“

參考文獻：

The cell-wide web coordinates cellular processes by directing site-specific Ca2+ flux across cytoplasmic nanocourses