據(jù)美國《科學日報》報道，日前柏克萊實驗室的科學家首次繪制出了人類內(nèi)耳用于控制聽覺和平衡的蛋白質(zhì)結構,。
人類的耳朵被譽為自然界最精密的“機械”,，其耳內(nèi)的蛋白質(zhì)結構,，輕薄如細絲，稱為蛋白質(zhì)纖維,?？茖W家們的這一研究成果為了解聽覺系統(tǒng)更為基礎的知識開啟了大門。而這一發(fā)現(xiàn)也可能會引起治療失聰方法的改進,，從而為全球百分之十的聾啞人口造福,。
科學家稱，內(nèi)耳的蛋白質(zhì)纖維能將聲音的機械振動轉變?yōu)榭梢詾榇竽X所識別的電子信號,。雖然它們僅有4納米寬,，160納米長（一納米等于一百萬分之一米），但一旦它們受到損害,，那么人的聽力將受損,，而整個世界將變得一片寂靜。這些蛋白質(zhì)纖維是感官系統(tǒng)的一部分,，有了它們,，人們才能聽到巨大的油門轟鳴聲亦或是繡花針掉在地上的微小聲音。聽覺系統(tǒng)的功能如此神奇,，生物體內(nèi)其他任何一個感官系統(tǒng)以及電機工程領域都沒有如此功能的系統(tǒng)存在,。 柏克萊實驗室生命科學部的曼弗雷德·奧爾（Manfred Auer）說：“這是人體最奇妙的系統(tǒng)之一。但它到底是如何運作的至今仍是個謎,。我們的目標是要確定該系統(tǒng)的形態(tài),，然后我們才可以知道它是如何運作的。”
為此,，奧爾和他的同事利用電子斷層攝影術（electron tomography）,，繪制了幾百張不同的角度的蛋白質(zhì)結構圖，并將它們重構成為一個三維立體復合圖,。八年前,，當奧爾的團隊著手開始研究更多關于聽覺系統(tǒng)的組成部分時，電子斷層攝影術才首次被運用在聽覺系統(tǒng)研究方面,。多年的經(jīng)驗使得他們對該技術駕輕就熟,。
繪制出的結構圖像顯示，人的內(nèi)耳里有大量的長著聽覺細胞感受體（hair bundle）的毛細胞。這些聽覺細胞感受體在耳膜振動時隨著空氣的流動而擺動,，就像微風拂過時麥子的隨風輕擺,。通過近距離地放大可以看到，每束聽覺細胞感受體由單獨的被稱為“靜纖毛”的纖毛組成,。相鄰的靜纖毛由蛋白質(zhì)纖維聯(lián)系起來,，也稱為“端部聯(lián)結”(tip links)。當靜纖毛開始擺動,，端部聯(lián)結被拉伸,，從而在一瞬間打開了一個傳聲渠道，允許帶正電荷的離子進入毛細胞,，從而引起神經(jīng)傳遞物質(zhì)釋放,，最終到達中樞神經(jīng)系統(tǒng)，為大腦所識別,。這種方式我們可以簡單看作是由機械地振動,，引起傳聲渠道的開放，將振動轉化為電信號,，并最終為我們以蟬鳴,、鳥叫或是人的語言的形式所聽到。
奧爾說：“聽覺系統(tǒng)真令人難以置信,。但我們?nèi)圆恢肋@些聯(lián)結由什么組成,，聽覺細胞感受體如何以分子的形式進行運作。”直到電子斷層攝影術的引入,，這一難題才找到了解決的出路,。奧爾和他的同事的利用該技術將聽覺細胞感受體進行分析。 如今,，他們已經(jīng)對聽覺細胞感受體聯(lián)結進行了三維重建,，并獲得了該聯(lián)結長度的高精度的測量數(shù)據(jù)和圖像。
細胞結構生物學的一個重大發(fā)現(xiàn)是獲得了復雜系統(tǒng)的分子目錄,，并表明了蛋白質(zhì)是如何一起起作用從而實現(xiàn)其神奇功能,。奧爾稱他們也正在努力地獲得聽覺細胞感受體的詳細目錄。利用電子斷層攝影術對聽覺細胞感受體進行研究,，也讓研究小組有了更多有趣的研究話題,。例如，人的聽覺既能適應巨大的聲響,，也能敏感地聽到低沉的耳語,。那么人們不禁要問它能如此敏感地聽見耳語，但為什么又不能敏感地到聽見任何其他的分子撞擊耳膜的聲音呢,？
奧爾說：“如果聽覺系統(tǒng)能足夠的敏感,，人類將會聽到空氣中的任何分子撞擊耳膜的聲音,。利用電子斷層攝影術來研究聽覺細胞感受體的確是個很好的方法,，但我們需要知道得更多,，需要進一步了解聽覺系統(tǒng)的分子結構。我們相信,，我們最終將繪制出更為詳細的聽覺細胞感受體的分子圖,，而此圖將讓我們清楚地了解到聽覺細胞感受體是如何工作的，人類的聽覺系統(tǒng)又是如何起作用的,。”
