幾十年來，科學家們一直想知道像蛋白質這樣的大分子如何穿過細胞壁，而不留下任何痕跡。 這種能力是使某些藥物–包括一些癌症治療和COVID-19疫苗–發揮作用的部分原因。 它也是細菌毒素進入人體細胞並造成破壞的方式。

其中一個例子是白喉毒素，它由白喉桿菌產生並導致白喉，這是一種嚴重的、可能致命的急性呼吸道傳染病。 但這些蛋白質如何進入人體細胞的機制是一個科學之謎。

最近發表在《ACS化學生物學》雜誌上的一項研究解答了這個謎團。 該研究確定了蛋白質穿過細胞膜的方式，這一發現可以為將來以更好的方式將藥物送入細胞，或治療細菌毒素引起的疾病奠定科學基礎。

該研究的資深作者、俄亥俄州立大學化學和生物化學教授裴德華說：”膜包裹這些毒素的方式幾乎就像一個魔術。 ”

裴德華在俄亥俄州立大學的研究團隊多年來一直試圖瞭解細菌毒素等生物大分子如何進入人體細胞，目的是找到將藥物送入這些細胞的方法。 該研究的主要作者、俄亥俄州立大學的一名研究生Ashweta Sahni說，正是通過這項工作，研究人員發現了一些毒素是如何穿過細胞膜的。

研究人員已經知道小分子是如何穿透細胞膜的，通常是通過與膜結合，然後通過它擴散。 但他們知道，蛋白質不具備這種能力，因為它們太大。 直到現在，最流行的假設是蛋白質通過膜上的小孔，即所謂的孔隙，類似於巴黎的穿牆人雕塑。 但裴德華團隊之前的工作並不支援這一假設。

在進行團隊的其他專案時，Sahni注意到，一些被稱為肽的蛋白質片段通過推動膜而穿過膜。 肽使膜變形為小的圓形”芽”。 然後，這些”芽”作為小氣泡分離，被稱為囊泡，最終”爆裂”，使肽在細胞內被釋放。 該小組隨後觀察到，兩種結構不同的細菌毒素也採用了這種相同的機制。 這一發現使他們得出結論，這種「芽」和塌陷機制是許多大型生物分子採用的一種常見機制。

Sahni說：「這種芽和塌陷現象以前不為人知，但我們能夠目睹它，因為我們有設備、培訓和經驗，知道我們在看什麼。 ”

該團隊通過共聚焦顯微鏡見證了活體細胞中的芽和塌陷現象，這種成像技術使他們能夠聚焦於細胞內部和細胞膜上發生的這些特定的蛋白質。

裴德華說，這一發現有可能為新的藥物療法打開大門，利用這一發現來操縱藥物進入細胞的方式。