研究人员发现生物冷凝物可以影响细胞活动，远超其直接环境。研究结果表明，这些结构可能代表一种被忽视的机制，通过这种机制，细胞调整其内部电化学，从而影响细胞膜。这意味着这些看似简单的小球可以对核心特性和结果产生深远影响，包括抗生素耐药性。
传统上，生物化学的研究主要集中于驱动生命过程的关键组件，如蛋白质折叠、基因活动和电信号通路。这些领域提供了识别与疾病相关的不正常现象的最直接机会。
然而，最近的研究引起了人们对另一种可能同样关键的细胞结构的关注。这种结构被称为生物冷凝物，这些形成物由于密度差而产生，类似于浮在水面上的油滴，它们在细胞内创建腔室，而不需要物理膜。
先前的研究表明，这些小球可以分隔或聚集某些蛋白质和分子，从而阻碍或增强它们的功能。此外，已经证明这些结构可能作为一种不同的能量来源，可能为各种生化反应提供动力。
直到现在，研究主要集中在这些冷凝物产生的局部效应上，鲜有关注它们如何在距离上影响生物化学。
在9月10日发表在《细胞》杂志上的一项新研究中，来自杜克大学和华盛顿大学的科学家们揭示了生物冷凝物可以广泛影响细胞活动，远远超出其直接作用区域。这项研究表明，这些冷凝物可能代表一种被忽视的方法，通过这种方法，细胞微调其内部电化学，从而影响细胞膜，使这些貌不惊人的小球得以改变重要特性，如抗生素耐药性。
“我们的研究表明，冷凝物在细胞功能中的作用不仅仅是简单的物理存在，几乎就像它们与细胞如何与环境互动有无线连接，”杜克大学生物医学工程杰出教授Lingchong You说。“我们不仅展示了支撑这种连接的电机制，但我们也证明了冷凝物的形成可以增强细胞对特定抗生素的耐受力，同时增加对其他抗生素的易感性。”
“这可能只是开始，”杜克大学生物医学工程艾伦·L·卡根诺夫杰出教授Ashutosh Chilkoti补充道。“我们相信，这些电位变化的影响将通过细胞行为以多种方式显现。”
冷凝物的功能类似于海绵，吸收各种蛋白质、酶、离子和其他生物分子，同时排除其他物质。如果它们捕获足够的离子以带有正或负电荷，该电荷不平衡将不可避免地影响其周围的细胞环境。
这种静电活动为生物冷凝物修饰细胞膜的电位和细胞内的电化学环境提供了一条途径。考虑到这些环境因素在许多生物过程中发挥着重要作用，这一机制使这些简单的小球能够显著影响细胞与周围环境的互动。
“即使少量分布在细胞膜之外的这些冷凝物也可以触发一连串改变，这些改变将改变这个全球特性，”华盛顿大学生物医学工程助理教授、华盛顿大学生物分子冷凝物中心成员Yifan Dai解释道。他在杜克大学担任博士后研究员期间进行了这项研究。“这篇论文说明了这些冷凝物的影响是不可避免的。只要这些微小结构存在，它们就可以影响各种过程，包括更大范围内的基因调控。当我了解到这一点时，感到相当惊讶。”
为了证明这一点，研究人员展示了这一现象如何影响细菌对某些抗生素的耐受能力。他们通过施加精准的压力或改变负责形成冷凝物的蛋白质的表达，诱导大肠杆菌群产生内部冷凝物。然后他们测量了细胞膜中的电荷，并测试了细菌对抗生素的反应。
研究结果显示，冷凝物的形成使某些细胞膜变得更加带负电，这直接影响了细胞对抗生素的反应，因为这些物质本身也带有电荷。然而，研究人员强调这只是冰山一角，因为许多生化过程依赖于细胞膜内的电位。
“我们的工作揭示了冷凝物在调节整体细胞生理中的作用，”You表示。“尽管我们仍然缺乏对细胞如何利用这一活动来管理其功能的清晰机制理解，但发现其确实发生是重要的。”
这项研究得到了美国空军科学研究办公室（FA9550-20-1-0241）和美国国家卫生研究院（R35-GM127042）的支持。
