最近，澳大利亞莫納什大學的研究人員，與日本、德國和瑞士的同事合作的一項研究，以原子級的分辨率解析了線粒體外膜轉(zhuǎn)運蛋白復(fù)合物（TOM）的分子結(jié)構(gòu)。這一研究是由澳大利亞科學院院士、澳大利亞桂冠院士Trevor Lithgow指導(dǎo)完成，解開了生物學中一個長期的謎題，于九月二十五日發(fā)表在國際著名期刊《Science》。

線粒體經(jīng)常被稱為細胞的發(fā)電廠，因為它們能產(chǎn)生類似于從電池獲得的化學能量。無論是大腦、肌肉還是植物細胞中，有一種納米級的通道，通過仔細地讓某些蛋白和其他分子進入我們的線粒體，控制著線粒體電池的活性。其中一些蛋白質(zhì)是大而復(fù)雜的分子，但它們基本上能從細胞質(zhì)進入線粒體，而線粒體膜仍保持防水性和完整性。這個過程是怎么發(fā)生的？幾十年來一直困擾著科學界。延伸閱讀：線粒體在免疫功能中的新作用。

Trevor Lithgow教授是該研究的首席研究員、莫納什大學新成立的生物醫(yī)學發(fā)現(xiàn)研究所（BDI）成員，他介紹說，這個發(fā)現(xiàn)意味著，科學家們現(xiàn)在可以使用這項技術(shù)來確定通過任何膜的任何分子。他解釋說：“像蛋白質(zhì)這樣的大分子，如何通過膜進進出出，一直是一個謎。我們已經(jīng)表明，這項技術(shù)可以應(yīng)用于解決細胞中發(fā)生的所有基本途徑的原子尺度細節(jié)，從而為直接應(yīng)用于醫(yī)學研究開辟了新的途徑。”

Lithgow教授和他的團隊使用一種新的技術(shù)，使活生物體的遺傳密碼除了常見的20個氨基酸之外，還擴展到包括非天然氨基酸。該技術(shù)已被用于在澳大利亞以外的少數(shù)實驗室。Lithgow教授和BDI的首席研究員Takuya Shiota，專注于TOM蛋白復(fù)合物——一組大的復(fù)雜的分子，嵌入在線粒體膜中，但是它們嵌入膜的方式一直困惑著研究人員。據(jù)Lithgow教授介紹，他們進行了很多種嘗試，但是沒有取得進展，他們利用X射線晶體學和結(jié)構(gòu)生物學的其他標準技術(shù)，解開了TOM 40運輸?shù)拿孛堋?span lang="EN-US">

Lithgow的實驗室，與名古屋大學、京都大學和東京大學的同事共同合作，提升了這項技術(shù)的規(guī)模，可以分析數(shù)以百計的重編碼TOM 40復(fù)合物，每一種復(fù)合物都具有一個新的額外的21st氨基酸。最終得到一個三維數(shù)據(jù)的魔術(shù)方塊，并在最后有一個獨特的解決方案，來解釋TOM 40蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，并闡釋它作為進入線粒體的通道是如何運作的。

通過展示這項技術(shù)，Lithgow教授認為，研究人類細胞生物學中不同過程的其他實驗室，將會模仿這些實驗來確定他們選擇的納米機器是如何運轉(zhuǎn)的。這包括很多過程，從DNA損傷和修復(fù)，到調(diào)節(jié)代謝紊亂和癌癥這樣的事件。他說：“這項新技術(shù)揭示了生物學中一個主要的未知數(shù)，以及現(xiàn)在正在探索的其他細胞奧秘。”

這項研究是Lithgow教授15多年工作達到的高潮。當他在巴塞爾大學人類前沿科學項目從事博士后研究時，開始致力于研究蛋白質(zhì)和其他分子如何進入線粒體，回到澳大利亞后他繼續(xù)尋求TOM 40的秘密。他說：“有了這一發(fā)現(xiàn)，我將在幾年內(nèi)專注于將這一技術(shù)轉(zhuǎn)移到澳大利亞其他實驗室。”

根據(jù)BDI主任John Carroll教授介紹，這項研究是跨學科方法的一個很好的例子，將是IBD研究所的一個重要標志。他說：“我們把來自所有生物醫(yī)學學科的科學家，與數(shù)學家、化學家及其他人集中一起，獲得了這一重要的發(fā)現(xiàn)，提供了關(guān)于‘我們的身體是如何運作的’的重要新信息。”