微流芯片揭开细胞交配之谜

　　

生物通报道：利用生物医学版本的计算机芯片，约翰霍普金斯医学院研究人员解开了围绕酵母交配（mate）的一个长期存在的谜团，为信号转导研究提供了新方法。具体内容刊登于2月18日《Nature》杂志网络版。

研究小组带头人、生物医学工程系副教授Andre Levchenko说酵母是简单的单细胞生物，但在很多方面与人类细胞相似，酵母细胞融合时的信号传递与人类细胞相互之间的交流非常相似。

酵母细胞通过发送信息素（pheromone），引起邻近的相反“性别”的细胞关注，进行交配。当预期伴侣捕获了这些“香味”，便会改变形状，并向信息素源发送信号，诱导细胞融合。这种交配过程受丝裂素活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）调控。

首先，酵母细胞表面的传感器捕获邻近预期交配的伴侣所发送的信号，然后MAPKs将信息传递到细胞的控制中心——细胞核。MAPKs通过启动多种基因，指导细胞反应。使生物学家感到困惑的是，为何启动交配时活跃的两种不同形式的MAPKs，只有一种叫做Fus3的掌管求爱过程，另一种似乎擅离职守。

“第二种类型的MAPK令人费解，”文章先锋作者、Levchenko实验室博士生Saurabh Paliwal说，通过微流芯片（microfluidic chip）和数学模型实验，我们发现第二种MAPK——Kss1，也发挥关键作用。Kss1缺失，交配过程不会顺利完成。
由Levchenko所在的研究小组研制的微流芯片，取代计算机芯片微电路，由一连串微通道和小室组成，只有人类发丝直径的1/20。芯片上，电脑控制的流体压力和纤维电子管帮助研究人员在极其微小的细胞小室中进行分离、操纵。Levchenko说其所能达到的控制水平为细胞级别，远远超过了传统的培养基研究水平，培养基中充满了大批细胞。

利用显微镜上附带的相机，研究人员能够观察微流芯片，并研究Kss1缺失或者存在时，不同浓度信息素环境中酵母细胞的交配行为。研究人员惊奇地发现这第二种MAPK，虽然相对不很重要，实际上帮助酵母细胞通过两个截然不同的功能找到伴侣。首先，帮助细胞在信息素浓度很低的情况下做出多样化反应，以便只有一小部分细胞能够参与“昂贵”的交配过程（需要花费大量的细胞资源）。第二，在准备交配的细胞中，Kss1改善寻找伴侣的精确度。

Levchenko等还研究了细胞被多重信使激活却不会紊乱的原因。这种发现有助于研发副作用小的药物。（生物通记者 子元报道）