据《国家地理》近日报道,科学家利用一种类似电唱机针头的小型装置,成功录下了酵母细胞内部蛋白质“爬行”时发出的声音。这一突破性发现由美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的生物化学教授詹姆斯·吉姆泽斯基领导的研究团队完成,他们相信这项技术未来可用于通过倾听细胞声音来诊断癌症等疑难疾病。
吉姆泽斯基教授表示:“我们已经用这种方法对心脏进行了诊断,心脏本质上就是由细胞组成的。但我们能否将其应用于肝脏、肾脏或脾脏?那里会发生什么?我对这个想法非常感兴趣。”研究团队使用原子力显微镜(AFM)来捕捉细胞声音。这种显微镜配备了一个极细的探针,当探针接触酵母细胞时,细胞壁会以可听见的频率上下振动。通过将振动信号输入计算机并转换为音频,研究人员首次听到了细胞的声音。吉姆泽斯基说:“这令人惊讶,因为以前从未观察到这种现象。”他们推测,这种声音源于细胞内的“蛋白质发动机”——一种通过振动在细胞内运输营养物质和其他物质的分子机器。当这些发动机运动时,会引起细胞壁的共振。
为了验证声音的来源,研究团队进行了一系列实验。在一次实验中,他们将一滴伏特加酒滴到酵母细胞上,细胞随即发出“尖叫声”。吉姆泽斯基解释:“实际上,这可能是细胞在排斥那滴酒。”在另一项实验中,他们发现细胞声音随温度变化:温度升高时,振动频率加倍。吉姆泽斯基指出:“这类似于冷天和热天的差异,我们认为这与新陈代谢有关,而新陈代谢对温度非常敏感。”最后,当研究人员切断营养供应以杀死细胞时,细胞发出类似电视无信号时的咝咝声。这些实验证实,活细胞的声音是由蛋白质发动机协同工作产生的,吉姆泽斯基比喻道:“蛋白质发动机之间就像管弦乐队,每个成员并非随意演奏。”
该研究成果最初发表于《科学》杂志。目前,研究团队已开发出一种新装置,利用激光记录细胞运动的声音,并通过磁铁在不同细胞间移动。他们发现,癌变的乳腺细胞与健康细胞发出的声音不同:癌细胞更软,因此发出更低沉的声音,这种柔软性有助于癌细胞在体内扩散。吉姆泽斯基展望:“这是一种全新的医疗方式——我们可以对细胞进行听诊。”