几十年来，科学家们一直想知道像蛋白质这样的大分子如何穿过细胞壁，而不留下任何痕迹。这种能力是使某些药物--包括一些癌症治疗和COVID-19疫苗--发挥作用的部分原因。它也是细菌毒素进入人体细胞并造成破坏的方式。
其中一个例子是白喉毒素，它由白喉杆菌产生并导致白喉，这是一种严重的、可能致命的急性呼吸道传染病。但这些蛋白质如何进入人体细胞的机制是一个科学之谜。
最近发表在《ACS化学生物学》杂志上的一项研究解答了这个谜团。该研究确定了蛋白质穿过细胞膜的方式，这一发现可以为将来以更好的方式将药物送入细胞，或治疗细菌毒素引起的疾病奠定科学基础。
该研究的资深作者、俄亥俄州立大学化学和生物化学教授裴德华说：“膜包裹这些毒素的方式几乎就像一个魔术。”
裴德华在俄亥俄州立大学的研究团队多年来一直试图了解细菌毒素等生物大分子如何进入人体细胞，目的是找到将药物送入这些细胞的方法。该研究的主要作者、俄亥俄州立大学的一名研究生Ashweta Sahni说，正是通过这项工作，研究人员发现了一些毒素是如何穿过细胞膜的。
研究人员已经知道小分子是如何穿透细胞膜的，通常是通过与膜结合，然后通过它扩散。但他们知道，蛋白质不具备这种能力，因为它们太大。直到现在，最流行的假设是蛋白质通过膜上的小孔，即所谓的孔隙，类似于巴黎的穿墙人雕塑。但裴德华团队之前的工作并不支持这一假设。
在进行团队的其他项目时，Sahni注意到，一些被称为肽的蛋白质片段通过推动膜而穿过膜。肽使膜变形为小的圆形“芽”。然后，这些“芽”作为小气泡分离，被称为囊泡，最终"爆裂"，使肽在细胞内被释放。该小组随后观察到，两种结构不同的细菌毒素也采用了这种相同的机制。这一发现使他们得出结论，这种“芽”和塌陷机制是许多大型生物分子采用的一种常见机制。
Sahni说：“这种芽和塌陷现象以前不为人知，但我们能够目睹它，因为我们有设备、培训和经验，知道我们在看什么。”
该团队通过共聚焦显微镜见证了活体细胞中的芽和塌陷现象，这种成像技术使他们能够聚焦于细胞内部和细胞膜上发生的这些特定的蛋白质。
裴德华说，这一发现有可能为新的药物疗法打开大门，利用这一发现来操纵药物进入细胞的方式。