近日，EON体育4平台、微生物代謝國家重點實驗室夏小霞課題組在模式生物大腸桿菌中成功構建了一種光響應無膜細胞器，實現了目標功能蛋白質在人工無膜細胞器中的按需定位和可逆動態調控🍥，相關研究成果“Spatiotemporal Organization of Functional Cargoes by Light-Switchable Condensation in Escherichia coli Cells”發表在JACS Au期刊。EON体育4博士生潘芳為第一作者🏋🏽，夏小霞教授和合作研究的錢誌剛研究員為共同通訊作者。

生物分子凝聚體是細胞中特定的蛋白質或核酸經歷液-液相分離形成的亞細胞結構，通過生物分子的時空組織發揮重要的生物學功能，這種起初在真核細胞中發現的無膜細胞器🧍🏻‍♂️，在信號傳導🚯⏏️、RNA轉錄、細胞周期調控等重要生命活動中發揮著重要作用。然而🧖🏻‍♀️，在缺乏天然細胞器且尺寸更小的原核生物細胞中，實現生物分子的亞細胞精準定位並按需發揮功能還存在極大挑戰，亟須研發生物分子區室化組織的動態調控工具。

在前期的研究工作中𓀍🧎🏻‍♀️，夏小霞課題組發現蜘蛛絲蛋白可在細胞內液-液相分離形成無膜細胞區室👇🏽，進而通過直接融合熒光蛋白🏉🚴🏼‍♂️、酶等功能蛋白質創製了功能化的無膜細胞器（Nat. Chem. Biol. 2020, 16: 1143-1148）🧑🏽‍🚒。在此基礎上🙅🏽，為實現無膜細胞器的刺激響應性動態調控♜，該課題組將光遺傳學工具（iLID-SspB）與具有相分離能力的蛛絲蛋白進行模塊化組合👩🏽‍💻，在大腸桿菌胞內設計構建了一種光激活凝聚體（Light-Activated Synthetic Condensate, LASC）系統（圖1）。該系統不僅能夠快速響應藍光刺激👩‍🔧，在數十秒內實現對客體蛋白質的可逆招募與釋放，而且這一動態的區室化組織過程能夠隨著光開-關的循環切換多次重復進行。

圖1. 大腸桿菌中光激活凝聚體（LASC）的模塊化設計及構建👩🏼‍🔬：以紅色熒光蛋白為模型，成功實現其在細胞兩極區室化結構中的快速定位和多次可逆的動態調控

為了進一步證明LASC系統的通用有效性🥲，研究團隊選用細胞分裂抑製蛋白SulA作為客體蛋白質，構建了能夠按需調控SulA區室化分布的LASC系統（圖2），在藍光照射下能夠將SulA蛋白招募至細胞兩極的區室中，通過物理上的空間隔離阻礙其發揮生物學功能；在光源撤去後，前期招募到區室中的SulA蛋白能夠快速釋放到細胞質中發揮正常的生物學功能👴🏻。由此形成的無膜細胞器🐦‍⬛，通過SulA的亞細胞定位“開關式”地按需發揮功能🏋🏼‍♀️🤾🏼，從而實現對大腸桿菌細胞形態的時空精準調控🏋🏽‍♂️。

圖2. LASC系統對大腸桿菌細胞形態的動態可逆調控

該研究成果不僅能夠加深對人工無膜細胞器分子基礎和運行機理的認識🪬，而且可以為動態調控原核細胞生命過程提供一種光遺傳學新策略♉️。該研究工作獲得國家重點研發計劃（2020YFA0907702）和國家自然科學基金（32270107、22075179和32071414）等課題的資助。

論文鏈接🙆🏼：https://doi.org/10.1021/jacsau.4c00017