PNAS：主动运输颠覆性新发现

麻省大学Amherst分校的生物物理学家指出，此前人们研究主动运输的模型过于简单，无法反映活细胞中拥挤的主动运输，而他们使用新技术对运输系统进行了改进，研究结果推翻了人们对主动运输老观点。

许多活细胞的主动转运系统在微管组成的高速轨道上运行，驱动蛋白负责将货物快速运输到目的地。研究人员指出，尽管细胞中的交通运输非常繁忙，但主动运输系统仍然能够有效工作，既不会发生事故也不会出现交通堵塞。

麻省大学Amherst分校的生物物理学家们认为以往的主动运输模型过于简单，无法贴切描述活细胞中密集的动态过程，他们利用新技术和特制显微镜对此进行了改进。在神经元等细胞中主动运输对于细胞存活至关重要，而这项由生物物理学家Jennifer Ross领导的新研究，大大增进了人们对主动运输平稳进行的了解。该文章提前发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志的网络版中。

以往主动运输研究的简单模型揭示了单个驱动蛋白的工作机制，包括载量对运输速率的影响、驱动蛋白在十字路口或因微管结合蛋白而停止等。但还有许多问题未能解决，例如在交通拥挤时驱动蛋白如何实现有效运输。

在这项研究中，研究人员深入解析了细胞内复杂而拥挤的环境，描述了细胞器等大物质沿一米长的神经元从脊柱运输到大脚趾的过程。以往人们认为细胞器运输可能导致交通拥堵进而使驱动蛋白解离，但新研究显示大物质运输涉及了很多驱动蛋白，因此细胞器运输不成问题。尽管大物质运输的速度会减慢，但并不会影响其他过程，研究显示细胞器运输1米需要12天而非6天。

这项研究的关键是一个定制的单分子全内反射荧光显微镜TIRF，该显微镜比市面上的仪器更加明亮，实时成像单个分子的能力非凡。此外，研究人员还使用了量子点（Qdots），量子点（Qdots）是一种半导材料的纳米晶体，其尺寸不同所发出的荧光也不同，因此可作为生物探针。

细胞中的微管系统就像高速公路网，各种细胞所需的物质在微管上运输。而驱动蛋白负责用“双脚”抓住轨道带着货物沿微管向指定行进。研究人员用量子点模拟主动运输的货物（例如线粒体），发现量子点与多个驱动蛋白结合。

驱动蛋白的麻烦在于它们不能转换轨道，此前人们认为当轨道中有移动缓慢甚至停止的驱动蛋白时，就会造成“交通堵塞”从而阻碍主动运输。然而新研究推翻了这一观点，指出主动运输依然可以平稳运行。

量子点的独特优势在于它们能够结合多种驱动蛋白，并立刻沿着运输轨道移动。研究人员使主动运输量子点的驱动蛋白持续增加，以此研究在交通繁忙时主动运输的情况。

研究显示，量子点由多个驱动蛋白负载，结合在数个轨道之上，因此个别驱动蛋白的结合或解离都不影响量子点与轨道的连接。即使个别驱动蛋白遇到阻碍，量子点也能够继续前行。研究人员指出，多个驱动蛋白的运输模式使交通繁忙在细胞中不成问题，运输可能会减慢但不会停止。