要製造人造細胞,首先要模仿生物細胞膜,研製出人造細胞膜。科學家經過反複試驗,發現醋酸尼龍薄膜是比較理想的人造細胞膜。它的厚度可以做到0.02微米,和生物細胞膜差不多。生物細胞膜像海關一樣,能對細胞內外進出的物質進行嚴格的檢查。對有些物質“大開綠燈”,使之順利地進入細胞,對另一些物質則“禁止通行”,把它們阻留在外麵;或者把一些物質留在細胞內,而把另一些物質分泌、排泄出去。醋酸尼龍薄膜也具有這樣的功能:蛋白質、酶和抗體等生物大分子無法通過,而中等大小和較小的生物分子卻可以暢通無阻、自由出入。
有了人造細胞膜,還得合成蛋白質和酶。如今,人們已能合成比較簡單的蛋白質如胰島素等,有些酶也已經可以人工合成了。於是,科學家利用人造細胞膜和人工合成的蛋白質或酶,就能製浩細胞了。
有人用醋酸尼龍薄膜把過氧化氫酶包起來,製成一種人造細胞。它的外形像微囊,大的猶如微小的魚肝油丸,肉眼依稀可辨;小的要在顯微鏡下才能看清楚。如果給先天缺乏過氧化氫酶的大白鼠注射這種人造細胞,那麼就能獲得較好的治療效果。也有人用人造細胞膜把動物的胰島細胞包起來,製成另一種人造細胞。這種人造細胞進入小白鼠體內後,就能按需要釋放胰島素,使動物保持正常的血糖水平。隻能在動物和人體外應用的活性炭細胞,也已應運而生。
隻要把病人的血液引出體外,流過一個充滿這種人造細胞的容器,就能濾去血液中的毒素,使血液得到淨化。因而,這種人造細胞可以代替肝細胞和腎細胞,起解毒作用。2004年12月,美國科學家已在實驗室裏培育出一種類似細菌的人造細胞,它能生成蛋白質。
人造細胞雖然問世不久,但已展現出美好的前景。有的科學家設想把人造細胞帶到太空中去,利用它把航天員的排泄物轉化成有用的氨基酸和蛋白質;有的科學家試圖製造出比生物細胞更加優異和神通廣大的人造細胞;也有的科學家正在研究電子細胞,這是通過電腦模擬和再現細胞的生命現象,讓細胞生物學實驗在人工模擬的環境裏進行。人們預料,不久的將來,人造細胞將得到廣泛的應用。
不可思議的細胞
細胞的“眼睛”
眼睛是人和動物識別外界事物的器官,細胞怎麼會長眼睛呢?
20世紀初,美國生物學家威爾遜曾做過一個有趣的實驗。他把兩種不同顏色的海綿體磨碎後摻和在一起,這時,兩種海綿細胞就像足球場上兩隊身穿紅、綠色運動衣的球員,彼此混合,縱橫交錯。可是不久,海綿細胞就像聽到了比賽結束的哨聲,各自歸隊,排成兩行,紅是紅,綠是綠,陣線分明,按顏色重新聚合成海綿體了。由此看來,細胞果然有識別能力,能認出“自己人”和“外人”。
後來,人們發現,這種識別現象不僅存在於同一種生物的細胞之間,也常發生在不同種的生物細胞之間;不僅人和動物的細胞有識別能力,甚至微生物與動植物細胞之間,也廣泛存在著識別現象。
細胞的“眼睛”在哪裏呢?原來,細胞膜上有一些蛋白質或糖蛋白(糖類與蛋白質的複合物)分子,能識別和接受外來信息,這就是受體。受體就是細胞的“眼睛”,細胞依靠這些眼睛進行識別。不同的受體由不同成分的蛋白質組成,因而具有不同幾何形狀的空間結構。同樣,外來信息也有一定的空間結構。如果把受體比作鎖,那麼外來信息就是鑰匙。俗話說,一把鑰匙開一把鎖,隻有鑰匙的齒形與鎖眼的長、寬和形狀完成匹配,才能把鎖打開。同樣道理,隻有當受體與外來信息的空間結構相匹配時,受體才能識別這一信息。
揭開細胞識別現象的奧秘,為人們定向改造生物開創了廣闊的前景。譬如,豆科植物根部細胞的表麵,有一種特殊的蛋白質,固氮菌一“眼”就能認出,於是它們便生活在一起了。固氮菌把空氣中的氮固定下來,源源不斷地為豆科植物提供著氮肥。假如我們設法讓水稻、棉花和蔬菜等農作物的根細胞表麵,也獲得這種特殊的蛋白質,那麼固氮菌就會“一視同仁”地與一切農作物共生,為人們一下子節省許多氮肥。
細胞通信
多細胞動物海綿是大海中的居民。它們的體色十分美麗,有紅、黃、藍、白、黑、橙、紫、灰色,真是各色俱全。它們的形狀也多種多樣,有一片一片、一塊一塊的,也有圓球狀和樹枝狀的,有的像酒杯和水桶,也有的宛如精致的花瓶。海綿不僅以千奇百怪的形狀、姹紫嫣紅的色彩吸引著人們,它們那奇特的細胞通信手段,也使科學家們著了迷。
要知道,細胞“社會”和人類社會一樣,也有著信息的傳遞和交換。科學家正是從海綿的細胞上發現細胞間居然也有通信聯係。大約在70多年以前,美國的一位動物學家做過一個有趣的實驗。他將海綿研碎過濾,把組成海綿的細胞從水中分離出來。令人感興趣的是,分散在容器底部的海綿細胞會逐漸聚集成一小塊。這塊細胞團又會不斷地把周圍的細胞吸引過來,像滾雪球一樣,使小塊慢慢增大。最初,這些細胞隻是無規則地混合在一起;後來,原先位於表麵的細胞會自動排列到外側,把構成海綿內部的細胞團團圍住。結果,要不了幾天時間,一個排列有序的新海綿體便重新複活了。實驗表明,海綿細胞能彼此識別,按一定的順序排列在一起。也就是說,海綿細胞間存在著“對話”,能進行細胞通信。