传统的生物化学研究往往聚焦于维持生命活动的基本组件，如折叠蛋白质、基因表达调控和信号传导路径等。然而，近年来的研究揭示了另一种细胞内部结构——生物凝聚物（biomolecular condensates）——可能对细胞功能具有同等重要的影响。

 

生物凝聚物因其密度差异而在细胞内部形成无膜包裹的区室，类似于油滴在水中漂浮。这些结构可以通过隔离或吸引特定蛋白质和分子来影响其活性，甚至可能成为一种替代的能量源。然而，直到最近，科学界对于生物凝聚物如何在物理界限之外影响细胞活动的认识还不充分。

 

最近，杜克大学和华盛顿大学的研究人员发表在《Cell》杂志上的研究揭示了生物凝聚物的形成对细胞活动的影响远不止于它们所在的区域。研究结果表明，生物凝聚物可能是细胞调节其内部电化学平衡的一个先前未被认识到的机制。这些内在的调节机制进一步影响细胞膜的特性，使得这些看似简单的凝聚物能够对细胞的整体状态和响应产生深远的影响，比如对抗生素的敏感性或耐药性。

 

  研究发现

 

该研究的通讯作者之一、杜克大学的生物医学工程教授Lingchong You表示：“我们的研究显示，生物凝聚物对细胞的影响远超直接的物理接触范围，就像它们与细胞如何与外部环境互动有着无形的联系。”除了揭示这种联系背后的电机制外，研究还表明，生物凝聚物的形成可以使细胞对某些抗生素更加耐受，而对其他抗生素则更为敏感。

 

另一位通讯作者、杜克大学的生物医学工程教授Ashutosh Chilkoti补充道：“这可能只是冰山一角。我们预期，这些电位效应会以多种方式通过细胞行为体现出来。”

 

  生物凝聚物的电化学影响

 

生物凝聚物的作用类似于海绵，它们在形成时会吸收各种蛋白质、酶、离子和其他生物分子，同时排斥其他物质。如果它们在自身区域内捕获了足够的带电粒子，就会产生电荷不平衡，这种不平衡会扩散到整个细胞环境中。

 

这种静电活动为生物凝聚物提供了一个途径，通过影响细胞膜的电位和细胞内的电化学环境来改变细胞的行为。由于这些环境因素对许多生物过程至关重要，生物凝聚物因此能够直接影响细胞与外界环境的互动方式。

 

  实验验证

 

为了验证这一假设，研究团队通过实验展示了这种现象如何影响细菌对抗生素的生存率。通过对大肠杆菌菌落施加压力或操控形成生物凝聚物所需蛋白质的基因表达，研究者观察到生物凝聚物的形成会导致细胞膜表面电荷的变化，这直接影响了细菌对抗生素的反应。因为抗生素本身也是带电的，所以这种变化能够显著改变细菌的存活率。

 

研究的第一作者、华盛顿大学的生物医学工程助理教授Yifan Dai表示：“即使是在远离细胞膜的位置形成的少量生物凝聚物，也能引发一系列的连锁反应，改变全局特性。这表明，一旦这些微小的生物凝聚物形成，它们就会影响到很多方面的事情，甚至是全局范围内的基因调控。”

 

  结论与展望

 

这项研究揭示了生物凝聚物在调节整体细胞生理学中的作用。尽管目前对于细胞如何具体利用这种活动来调节其功能尚不完全清楚，但研究团队认为这是一个重要的发现，预示着生物凝聚物在细胞电化学平衡调节中的巨大潜力。未来的研究将进一步探索这些凝聚物如何通过影响细胞膜内的电势来参与广泛的生化过程。