庆应义塾大学理工学院藤原圭副教授和土井信秀教授、庆应义塾大学理工学研究科研究生院高田樱（硕士二年级学生）、东北大学先端材料科学研究所（东北大学产业技术综合研究所、产业技术综合研究所）吉永夏人副教授利用模仿生命的人造细胞组成的研究小组数学先进材料建模开放创新实验室（MathAM-OIL，副主任）阐明了决定细胞分裂位置的蛋白质组装位点如何像波浪一样从细胞的一端到另一端来回移动。
这一结果的发展将增进我们对细胞内分子位置如何确定的理解，并有望创造出像细胞一样通过自主细胞分裂进行自我复制的人造细胞。有关这项研究结果的详细信息，请参阅科学期刊``
科学进步'' 在线版本中发布。
大肠杆菌等细菌利用蛋白质波（Min 波），其中一组 Min 蛋白（MinD 和 MinE）像钟摆一样来回摆动，以确定细胞的中心，以便分裂成相同大小的细胞。到目前为止，囊泡 (人造细胞，*2)内部，人为地产生最小波，从而验证了波的形成机制。然而，在人造细胞中，无法确定细胞的中心，并且出现许多像时钟一样在膜上循环的波，并且像活细胞中那样来回循环的波出现的机制尚未阐明。
本研究小组发现，人工细胞中产生的最小波的波运动类型会根据波产生因子（MinD）和波破坏因子（MinE）强度的平衡而变化（图1，※3）。已经很清楚的是，当有许多因素产生波时，两个因素会像追逐一样在细胞膜上移动，产生像时钟一样循环的波。另一方面，据透露，破坏波浪的因素稍微增加，波浪就会暂时消失，就像打地鼠中的鼹鼠一样，新的波浪会出现在其他地方，从而产生来回的波浪。
我们表明，不仅可以通过改变产生和破坏波的因素的绝对数量，而且可以根据这两个因素在人造细胞内的活动和位置来改变这两个因素的平衡，从而控制循环波和往复波。我们还发现，通过随着时间的推移逐渐改变两个因素的平衡，可以动态地从循环波切换到往复波。
这些实验结果也得到了理论分析的支持，表明产生和破坏波的因素之间的平衡对于定位参与生物现象的细胞内分子非常重要。
图1。这项研究揭示了决定细胞中心的“往复波”出现的机制（根据原始论文中使用的图表创建）。
请参阅原始论文的补充影片 1，了解两种波的视频。
这项研究表明，决定细胞中心的来回波只有在构成因素和破坏因素之间存在微妙的平衡时才会出现。这一结果表明，生命的蓝图，例如分子的运动和定位，是由其组成部分之间的优势和劣势的平衡组成的。此外，通过将与细胞分裂相关的元素和与波相互作用的元素限制在人造细胞内，有望创造出分裂成相同尺寸并自行繁殖的人造细胞，并创造出利用波传输材料和信息的分子机器人。
这项研究得到了科学研究补助金 B、科学研究补助金 C 和新学术领域“分子污染生物化学”的支持。
人造细胞中重建的最小波揭示了行波和驻波的模式选择机制
（人造细胞中最小波揭示的移动波和局域波的模式选择机制）
高田樱、吉永夏彦、土井信秀、藤原圭、
科学进步，8，eabm8460 (2022)。 doi：101126/sciadvabm8460