生物工程师为天然纳米气泡开发蛋白质组装路线图

就水上设备而言，漂浮物并不完全是高科技。但一些微生物在水面上争夺光线时用作漂浮装置的微小充气气泡则是另一回事

被称为囊泡（GV）的微米级气泡在许多生物医学应用中具有巨大的前景，包括成像、传感、细胞操纵和跟踪等。问题是，研究人员还不知道如何在实验室中制造出医学上有用的GV品种。莱斯大学的生物工程师现在已经绘制了一张路线图，显示了一组蛋白质如何相互作用以产生气泡的纳米薄壳。通过解开GV组装过程中发生的一些复杂分子过程，Rice生物工程师George Lu和他在合成大分子组装实验室的团队现在离基于这些天然结构解锁强大的新诊断和治疗方法又近了一步

“GV本质上是微小的气泡，因此它们可以与超声波一起使用，使我们体内的东西可见，如癌症或身体的特定部位，”Rice博士后研究员Manuel Iburg说，他是发表在《EMBO杂志》上的一项研究的主要作者。“然而，GV不能在试管或装配线上制造，我们也不能从头开始制造。”

GV家族包括一些有史以来最小的气泡，它们可以存活数月。它们在较长时间内的稳定性主要是由于其蛋白质外壳的特殊结构，蛋白质外壳可渗透单个水和气体分子，但具有高度防水的内表面，因此GV即使在浸没时也能保持气体。与从外部供应气体的合成纳米气泡不同，GV利用周围液体中的气体

利用GV漂浮在离阳光更近的水中的光合细菌具有编码构成这种特殊外壳的蛋白质的特定基因。然而，尽管研究人员知道微小气泡的外观，甚至知道它们为什么会聚集在一起，但他们还没有弄清楚使结构组装过程成为可能的蛋白质相互作用。如果不了解这些蛋白质构建块的工作原理，就必须搁置在医疗应用中部署实验室工程GV的计划

为了解决这个问题，研究人员将注意力集中在他们知道是组装过程一部分的11种蛋白质上，并找到了一种方法来追踪它们中的每一种如何在活的亲本细胞内与其他蛋白质相互作用

Iburg说：“我们必须非常彻底，不断检查我们的细胞是否仍在制造GV。”。“我们学到的一件事是，一些GV蛋白可以毫无困难地进行修饰。”

研究人员在进行测试时利用这一见解添加或删除了某些GV蛋白，这使他们能够弄清楚一些蛋白质之间的相互作用需要其他蛋白质的帮助才能正常展开。他们还检查了这些单独的相互作用在GV组装过程中是否发生了变化

Iburg说：“通过许多这样的排列和迭代，我们创建了一个路线图，显示了所有这些不同的蛋白质如何相互作用以在细胞内产生GV。”。“我们从实验中了解到，这种GV相互作用的路线图非常密集，有许多相互依赖的元素。一些GV蛋白质形成子网络，在整个过程中似乎起着较小的作用，一些需要与组装系统的许多其他部分相互作用，还有一些需要随着时间的推移改变它们的相互作用。”。“我们的研究结果还可以帮助研究人员开发GV，使现有的治疗方法变得更加精确、方便和有效。”