人造细胞领域糖酵解代谢途径的构建

糖酵解是生物体获取能量的重要途径之一，对生命活动至关重要。目前，人造细胞研究中缺乏糖酵解代谢通路的构建。在人造细胞内构建从葡萄糖到丙酮酸的代谢路径是该领域的重大挑战。

近日，韩晓军教授团队模拟了古菌糖酵解途径，将该途径中所涉及的酶葡萄糖脱氢酶（GDH）、葡萄糖酸脱水酶（GAD）、2-酮-3-脱氧葡萄糖酸醛缩酶（KDGA）包封于人造细胞内，实现了从葡萄糖到丙酮酸的转化。以丙酮酸分子为基础在人造细胞内实现了丙氨酸的合成，以及人造细胞的可逆形变（图1）。

图1. 人造细胞内糖酵解代谢途径示意图

在糖酵解人造细胞内加入丙氨酸脱氢酶（AlaDH），实现了丙酮酸到丙氨酸的转化。丙氨酸在生物体内具有重要的生理功能。将糖酵解代谢通路、线粒体、肌动蛋白等共同载入人造细胞，糖酵解生成的丙酮酸分子刺激线粒体合成ATP，ATP驱动肌动蛋白单体聚合为肌动蛋白丝，从而引起人造细胞从球形变为椭球形，经激光照射后肌动蛋白丝解聚，人造细胞由椭球形恢复为球形，实现了人造细胞的可逆形变（图2）。

图2. 人造细胞内糖酵解代谢引发细胞可逆形变

该成果构建的人造细胞有助于理解细胞内部的能量代谢机制，为具有复杂代谢功能人造细胞的构建提供了思路，为自主人造细胞的构建奠定了基础。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，博士研究生杨博宇、助理研究员李超为论文共同第一作者，博士研究生任永硕、王玮琛参与该研究工作。

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Construction of the Glycolysis Metabolic Pathway Inside an Artificial Cell for the Synthesis of Amino Acid and Its Reversible Deformation

Boyu Yang, Chao Li, Yongshuo Ren, Weichen Wang, Xiangxiang Zhang*, Xiaojun Han*

J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c06227

韩晓军教授简介

韩晓军，教授，博士生导师，化学系主任，国家级高层次人才，英国皇家化学会会士（Fellow of the Royal Society of Chemistry, FRSC），教育部化工类专业教学指导委员会委员，中国化学会高级会员，新世纪优秀人才，黑龙江省杰出青年科学基金获得者。多年从事分析化学、化学生物学等领域研究，在细胞的人工模拟、生物组织的人工模拟、生物成像和癌症诊疗等方面取得了系列创新性研究成果，已在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.等国际高水平刊物上发表SCI论文210多篇。获批30多项各类科研基金。获黑龙江省科技奖1项、授权国家发明专利41项。独立撰写国家重点图书1部、合作撰写了其它专著中的5章。以大会主席的身份主办国际会议1次，受邀在国内外学术会议上做主题或邀请报告100余次。

主要研究方向：人造细胞（Artificial cells）、癌症诊疗（Cancer diagnostics）、生物传感器（Biosensors）、污染物检测与降解（Pollutant detection and degradation）等。

课题组长期招收硕士/博士/博士后/助理教授。

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