Entrevista con Yang Fuyu
Guo Tongxing: Bienvenido.
Yang Fuyu: Damas y caballeros, ¡buenos días! Estoy muy feliz de tener la oportunidad de comunicarme con usted en esta plataforma. Hoy voy a hablar de biopelículas.
Guo Tongxing: En primer lugar, nos gustaría pedirle que nos diga qué es una biopelícula.
Yang Fuyu: La biopelícula de la que estoy hablando no es una película plástica ordinaria u otro modelo artificial, sino una biopelícula. ¿Qué es una biopelícula? Me temo que tenemos que empezar con la célula unitaria más básica de nuestra vida. Mira esta película. Este es un modelo celular, con células animales a la izquierda y células vegetales a la derecha. Puedes ver un núcleo celular en el medio, que contiene muchas células, como mitocondrias, etc. Hay una membrana fuera de cada célula, comúnmente conocida como membrana celular o membrana plasmática. Sin esta membrana no sería célula, por lo que la célula debe tener un ambiente interno constante. Además de la membrana externa, se puede ver que en el interior hay muchas estructuras de membrana, como la membrana nuclear en el núcleo, el mecanismo de membrana en el retículo endoplásmico, las dos membranas en las mitocondrias, etc. Todas son estructuras de membrana que forman el cuerpo celular. Por lo tanto, en las células también hay estructuras de membrana muy ricas.
Guo Tongxing: No es sencillo. ¿La membrana exterior de la célula es una biopelícula?
Yang Fuyu: Sí, la biopelícula es la membrana celular externa, más el sistema de membrana celular dentro de la célula, denominado colectivamente membrana celular. También se puede decir que la biopelícula es una estructura básica de las células.
Guo Tongxing: ¿Cuál es la importancia de las biopelículas para las ciencias biológicas?
Yang Fuyu: Como acabo de decir, las células son las unidades estructurales y funcionales básicas de la vida, y las biopelículas son la estructura básica de las células. Sabemos que hay miles de moléculas grandes y pequeñas en una célula. Moléculas grandes como contadores, carbohidratos, etc. y muchas moléculas pequeñas como zinc, magnesio, etc. Las células no son bolsas. En ellas crecen muchas moléculas grandes y pequeñas, que están desordenadas. Las células necesitan reacciones y cambios ordenados. Decimos que las células no están desordenadas. En ellas hay muchas células grandes y pequeñas.
Guo Tongxing: ¿Existe un patrón?
Yang Fuyu: Sí, las membranas biológicas proporcionan tecnología estructural para la reacción ordenada de dichas moléculas dentro de las células. Estas membranas se pueden disponer y algunas reacciones pueden desarrollarse de manera ordenada. En segundo lugar, además de las características células de la membrana en el exterior, la estructura de la membrana también tiene muchos sitios en el interior, y cada sitio tiene su propio entorno interno. Por ejemplo, a diferencia de las mitocondrias, cada orgánulo tiene su propio ambiente interno. También se puede decir que estos orgánulos son relativamente independientes. ¿En qué se basa esta relativa independencia? Es la estructura de la membrana lo que lo distingue de otros departamentos externos. Estos no están completamente aislados, sino que los orgánulos están interconectados, se comunican entre sí y se restringen entre sí. De esta manera, toda la célula puede realizar actividades vitales más regulares, rítmicas y armoniosas. Sin membranas, no habría células y sería imposible exhibir actividades vitales muy regulares, regulares y rítmicas. Entonces la importancia de la vida es fundamental. Por tanto, el biofilm es la unidad funcional básica de la vida celular de las células, y se acaba de mencionar su importancia. Cómo se convierte la energía, cómo se calcula la materia, cómo se transmiten las señales y cómo se regulan están relacionados en última instancia con las membranas biológicas.
Guo Tongxing: ¿No es todo inseparable del papel del biofilm?
Yang Fuyu: Sí. Por ejemplo, el papel de algunas tecnologías aplicadas, o de algunas enfermedades, incluidos los tumores y la diabetes, están relacionados en última instancia con las biopelículas. Esto es comprensible porque las biopelículas son la estructura básica de las células. Algunas formas de vida normales, algunas enfermedades o su tratamiento son, en última instancia, inseparables de esta membrana. Por tanto, las biopelículas son un factor muy, muy importante para la investigación en ciencias biológicas.
Guo Tongxing: ¿Un componente crucial?
Yang Fuyu: Sí.
Guo Tongxing: Por favor, introduzca el uso de humanos para estudiar biopelículas.
Yang Fuyu: Veamos otra diapositiva. Esta pregunta significa ¿cuál es el valor de su investigación sobre biopelículas? Este tema es muy amplio, quiero ponerles un ejemplo. Este es un ejemplo de mitocondrias.
Como acabo de decir, puedes ver que hay muchas mitocondrias en la célula. Cuando se acercan las mitocondrias, se puede ver así. ¿Qué papel juegan las mitocondrias en las células? La energía necesaria para todas las actividades celulares la proporcionan las mitocondrias. Algunas personas dicen claramente que las mitocondrias son "salas de calderas". Todo el mundo sabe que la sala de calderas está ardiendo y produciendo algo de calor. Las mitocondrias son equivalentes a la sala de calderas o estación de energía dentro de la célula. Gestionan principalmente la conversión de energía y proporcionan energía para las actividades celulares.
Guo Tongxing: ¿De hecho, una parte considerable de la energía para las actividades de la vida celular es proporcionada por las mitocondrias?
Yang Fuyu: Cabe decir que la mayor parte lo aportan las mitocondrias. ¿Por qué las mitocondrias proporcionan energía? Esto es inseparable del biofilm. En otra diapositiva se puede ver que las mitocondrias están agrandadas y tienen muchos biocatalizadores. Los seres vivos producen energía a través de las mitocondrias, principalmente mediante oxidación. Existe una diferencia muy importante entre oxidación biótica y abiótica. Cuando se añade carbón a una sala de calderas, de repente se convierte en otro tipo de energía a medida que se quema. Oxidación biológica, la energía se libera gradualmente. Después de ser liberado, incluso si se fija y se transforma en una forma, esta forma todavía se usa, por lo que la eficiencia de conversión de la capacidad de oxidación biológica es particularmente alta. A diferencia de la oxidación abiótica, la eficiencia de conversión de energía en nuestras salas de calderas no es muy alta. Estos están catalizados por algunas de las enzimas que acabo de mencionar. Echemos otro vistazo a la película.
Guo Tongxing: Cuando hablas de energía en los organismos vivos, ¿te refieres a la oxidación del azúcar y la grasa?
Yang Fuyu: Por ejemplo, desde la perspectiva de las plantas, después de comerlas, se descompone lentamente en aminoácidos y carbohidratos, y lentamente se descompone en azúcar, y todo lo demás se descompone gradualmente. Estos se transportan a través de las mitocondrias y la energía se libera mediante oxidación en las mitocondrias. Por supuesto, es necesario descomponerla paso a paso. La energía más importante producida por las mitocondrias es la parte oxidada de las mitocondrias. Llamo especialmente su atención sobre un complejo 5, que consta de dos partes, la cabeza y la parte exterior de la membrana. A través de este punto, se introduce el papel de la investigación de biopelículas. En la siguiente diapositiva, puedes ver partículas de membranas mitocondriales bajo un microscopio.
Guo Tongxing: ¿Es esta la superficie de la biopelícula vista bajo un microscopio electrónico?
Yang Fuyu: Sí. Si amplía la partícula original, puede ver la llamada ATP sintasa, que sintetiza principalmente ATP. Debido a que la energía liberada por la oxidación se convierte en ATP, muchas de las actividades de nuestras células en realidad utilizan ATP. El problema es cómo sintetiza ATP.
Guo Tongxing: ¿Puedes presentarnos el ATP? ¿Qué significa ATP?
Yang Fuyu: Puedo mostrarte su estructura y mirar las diapositivas. Esto es ATP. El de la izquierda es rojo y la liberación de energía es relativamente alta. Los compuestos de ATP son compuestos que se convierten en ATP después de que la oxidación libera energía. Pasemos a la siguiente diapositiva. Acabo de hablar de la ATP sintasa. ¿Cómo se sintetiza el ATP? Después de mucha investigación, existe una hipótesis conformacional porque la ATP sintasa es soluble en agua y está compuesta de una gran cantidad de oxígeno. Hay un científico en Estados Unidos llamado Bauer que propuso la hipótesis de los cambios conformacionales. Alternativamente, uno puede combinarse con ATP y el otro puede formar ATP y sintetizar ATP. También se produce la liberación de una enzima. También propuso que hay un músculo de oxígeno en el medio, que alterna entre colisiones para sintetizar ATP. Por supuesto, también es más complicado. La clave es que presentó esta hipótesis. La esencia de esta hipótesis es que las estructuras de los tres músculos del oxígeno son diferentes. Posteriormente, un científico británico resolvió este problema con una estructura tridimensional. Pasemos a la siguiente diapositiva. En sentido figurado, se trata de un conjunto de músculos oxigenados, y el músculo oxigenado medio puede girar.
Guo Tongxing: El martillo rojo parece ser parte de ello.
Yang Fuyu: Montado, demuestra que la energía liberada tras la hidrólisis del ATP se convierte de energía química en energía mecánica.
Guo Tongxing: ¿Muestra la conversión de energía química en energía mecánica?
Yang Fuyu: Sí. Esto puede demostrar cómo se sintetiza el ATP. La hidrólisis del ATP puede impulsar parte del mismo hacia la maquinaria para su rotación.
Guo Tongxing: ¿De qué color es el morado? Como un renacuajo.
Yang Fuyu: Es un proceso de hidrólisis. El ATP es un compuesto de alta energía. La energía se libera durante la hidrólisis y luego se convierte en energía mecánica. Se puede demostrar que la ATP sintasa tiene tales cambios después de la rotación; veamos el siguiente. Esta enzima es el motor de rotación molecular más pequeño.
Guo Tongxing: ¿Qué significa esto?
Yang Fuyu: El diámetro es de sólo diez nanómetros y la velocidad es muy rápida, 100 revoluciones por segundo. Si coloca uno, su conversión de eficiencia es muy alta.
Cabe decir que este motor de rotación molecular es el más pequeño, más rápido y más alto. De hecho, podemos ver en la imagen de la derecha que en medio del proceso de rotación, vemos que la oxidación genera energía para formar un escalón, empujando al par de membranas a girar hacia abajo hasta llegar a la membrana inferior, y luego impulsa la Cuando la membrana superior gira, con la parte catalítica de síntesis de ATP encima, se producen cambios de actividad conformacional, que se pueden demostrar mejor mediante experimentos. La siguiente imagen puede ser más vívida. Echemos un vistazo a su verdadera transformación (imagen). Empuja el rojo para que gire. Después de que este entre, sale de la otra capa de la membrana. Este es el flujo de alta concentración en la dirección baja, empujando la membrana a girar. Esto hace que la parte inferior gire y la parte verde cambia alternativamente su capacidad conformacional. Puedes ver el ATP subiendo y el ATP saliendo. Utilice dicho modelo para explicar cómo la conversión de energía de las enzimas en las mitocondrias desempeña ese papel.
El motor giratorio más pequeño, y a continuación hablaremos de su aplicación. Miremos la siguiente imagen.
Guo Tongxing: Lo que acabas de decir, creo que lo mencionaste en algunos artículos, ¿es la hipótesis de la ósmosis química?
Yang Fuyu: La hipótesis de la ósmosis química es un gradiente formado por la energía liberada por la oxidación, que se ha estudiado durante mucho tiempo.
Guo Tongxing: Ese gráfico probablemente signifique lo mismo, ¿verdad?
Yang Fuyu: Sí. En la parte roja, acabo de hablar de algunos músculos aeróbicos que se desarrollaron mediante métodos artificiales. Las otras partes son biológicas y tienen propulsores. Para decirlo más claramente, es un nanohelicóptero. Como todos sabemos, así es como giran las hélices de los helicópteros. ¿Qué energía lo hace girar? Es a través de la ATP sintasa mitocondrial que se separa y vuelve a ensamblar una parte crítica. Esto es muy útil. Los nanomateriales tienen muchas funciones importantes, tanto en medicina como en medicina. Porque Estados Unidos ya ha utilizado este método, que es el llamado nano "helicóptero". En el cuerpo pueden existir ciertas necesidades, además de la eliminación de células no deseadas mediante este dispositivo.
Guo Tongxing: ¿Ponerlo en el cuerpo?
Yang Fuyu: Sí, ese es el propósito, pero aún está bajo experimentación. Por otro lado, todos conocemos el motor de rotación molecular, ¿por qué se le llama el más pequeño? Desde una perspectiva aeroespacial, cuanto menor sea el peso, mejor, y cuanto menor sea el volumen, mejor. Si los nanómetros pueden ser biónicos y alcanzar el nivel nanométrico, dichos dispositivos pueden hacer girar nanomotores. Si se puede formar inteligencia artificial, ésta desempeñará un papel muy importante en nuestra industria, medicina, etc. Todo el mundo está explorando este aspecto.
Guo Tongxing: Todo el mundo está explorando e investigando.
Yang Fuyu: ¿Qué debo explicar? La investigación sobre las membranas mitocondriales que cité es parte de la investigación sobre las membranas mitocondriales y sus aplicaciones son bastante considerables. Si vamos más allá, sus perspectivas de aplicación serán aún mayores.
Guo Tongxing: Por favor, dénos algunos ejemplos específicos, que sean más vívidos y concretos.
Yang Fuyu: Acabo de hablar de la biopelícula. Hay una membrana plasmática en el exterior de la biopelícula, una membrana nuclear en el interior, etc. Sólo uso las mitocondrias como ejemplo para hablar de su aplicación. De hecho, las biopelículas tienen una amplia gama de aplicaciones. Echemos un vistazo a la imagen a continuación.
Guo Tongxing: ¿Se utiliza ampliamente la biopelícula?
Yang Fuyu: Sí. Permítanme hacer una breve introducción. Por ejemplo, en medicina acabo de decir que muchos tumores están relacionados con esta membrana, como el SIDA. El virus invade los linfocitos de nuestro cuerpo y desactiva la función inmune. El SIDA ha entrado en las células principalmente a través de la membrana celular de los linfocitos.
Guo Tongxing: ¿En una celda?
Yang Fuyu: Sí, entrar en las células y replicarse en grandes cantidades hará que tu función inmune sea ineficaz.
Guo Tongxing: ¿Arruinado?
Yang Fuyu: Sí. Esto tiene algo que ver con la membrana. Por otro lado, cómo evitar que las enfermedades entren al interior a través de la membrana implica algunas cuestiones de membrana. La diabetes también está relacionada con las membranas. La insulina es muy importante para nosotros para regular el azúcar y el azúcar en sangre. La insulina debería funcionar, al igual que algunos receptores de la membrana. Por otro lado, si el nivel de azúcar en sangre es alto, este entrará en las células; si el nivel de azúcar en sangre es bajo, entrará al interior a través de un llamado cuerpo; Está en el citoplasma y se transporta a la membrana bajo la acción de la insulina. Cuando llega a la membrana celular, puede transportar glucosa al interior de la célula. Entonces todos estos están relacionados con las membranas. Si se aclaran estas cuestiones, tendremos muchas formas de tratar la diabetes. Por lo tanto, estas cuestiones requieren más estudio. Luego está la agricultura, como la resistencia a altas temperaturas, que también está estrechamente relacionada con las membranas. Existen diversos grados de investigación sobre estos aspectos. Entonces la industria, la agricultura, la medicina, etc. Todos están estrechamente relacionados con las membranas. Por tanto, las perspectivas de aplicación de las biopelículas son grandes, y algunas de ellas se han desarrollado parcialmente.
Sin embargo, es posible que algunos requieran más investigación antes de que puedan aplicarse bien.
Guo Tongxing: Basándonos en lo que acaba de decir, ¿se puede entender que la propia membrana biológica tiene cierta selectividad para las sustancias que entran en las células? Cuando su biopelícula pierde esta función, sustancias nocivas pueden invadir las células humanas y causar enfermedades. Por ejemplo, el virus VIH que acaba de introducir entró en las células y se multiplicó en las células humanas, provocando la destrucción de la función inmune humana. De hecho, su biopelícula no desempeña el llamado papel protector. Esto puede estar estrechamente relacionado con las biopelículas. Esto se aplica a animales y plantas. Por tanto, el estudio de las biopelículas juega un papel vital en la calidad de los seres humanos o de las plantas.
Yang Fuyu: Sí. Por supuesto, las biopelículas, por ejemplo, pueden no tener esta función si no previenen la invasión del VIH, pero como ésta ha ocurrido, debemos prevenir su invasión. Lo que acabas de decir también es correcto. Como dicen, la membrana celular externa actúa como una "aduana", dejando entrar selectivamente cuando es necesario. Si no es necesario, los productos metabólicos y las cosas innecesarias se excretarán al exterior. Todo esto funciona a través de la membrana celular. Por eso, algunas personas describen el biofilm como una "costumbre" que aparece cuando es necesario.
Guo Tongxing: ¿Conservar lo que es útil para las células y dejar que drene lo que es inútil para las células?
Yang Fuyu: Esta es una metáfora muy vívida, no muy precisa.
Guo Tongxing: ¿Se puede entender el significado general de esta manera?
Yang Fuyu: Sí.
Guo Tongxing: Vi que su artículo mencionaba la hipótesis de la ósmosis química. En 1978, un científico británico ganó el Premio Nobel. ¿Es esto lo que acabas de presentar?
Yang Fuyu: Sí. Veamos otra diapositiva.
Guo Tongxing: Parece que la investigación sobre biopelículas es muy importante.
Yang Fuyu: En esta imagen, el 1234 de la película es un proceso de oxidación. La energía en el proceso de oxidación, como acabo de decir, se puede liberar mediante un cambio. Cuando se libera energía, el ATP no se sintetiza inmediatamente. Primero se convierte en un gradiente transmembrana y se puede ver que esta dirección se muestra en rojo (figura). La concentración cerca de la capa interna aumenta cada vez más y el gradiente a través de la membrana también es una forma de almacenamiento de energía. El ATP se sintetiza a través del gradiente de membrana mediante la ATP sintasa. No es la energía de la síntesis oxidativa la que realmente sintetiza ATP. Los británicos ganaron el Premio Nobel de Química por esto. Debido a esta controversia, todos finalmente demostraron que su hipótesis era correcta mediante experimentos. Una vez que se forma el gradiente transmembrana, la ATPasa lo gira en la dirección opuesta. Después de que la energía fluye, la parte transmembrana de la ATP sintasa gira y luego el músculo de oxígeno de la parte soluble en agua se hace girar, y luego los tres músculos de oxígeno cambian para sintetizar ATP.
Guo Tongxing: ¿Fluye desde el lado de alta concentración hacia el lado de baja concentración?
Yang Fuyu: Esta energía se convierte en ATP sintasa. Este proceso de síntesis, que les acabo de mostrar, también es un proceso muy complicado.
Guo Tongxing: No parece que sea posible de inmediato. ¿Las cuatro imágenes que acabas de mencionar representan todo el proceso de transformación?
Yang Fuyu: Sí.
Guo Tongxing: Esto equivale a un gran progreso en la comprensión humana de la vida.
Yang Fuyu: Sí. Lo que acabo de decir es que los británicos ganaron el Premio Nobel mediante gradientes transmembrana, y luego Bauer también ganó el Premio Nobel.
Guo Tongxing: Comparta sus puntos de vista sobre la tendencia de desarrollo futuro de la investigación de biopelículas.
Yang Fuyu: Este es un modelo de biopelícula. El modelo de arriba es de 1972, que se llama modelo de mosaico de flujo. El llamado flujo se debe a que la membrana fluye, no está estática. ¿Por qué se llama incrustación? Algunos están incrustados en la superficie y otros dentro de la película. Esta estructura tridimensional aún es difícil de resolver. Una comprensión más profunda de las biopelículas puede ser una tarea muy difícil en el futuro, comenzando con el análisis de más estructuras tridimensionales de las biopelículas.
Guo Tongxing: ¿Por qué es esta una tarea tan difícil?
Yang Fuyu: Debido a que el contenido de la película es muy pequeño, la disolución secundaria no es fácil. Hay otra pregunta. Queremos construir una estructura tridimensional, principalmente mediante rayos X. Primero, necesitamos cristalización.
Guo Tongxing: ¿Puedes hacer una imagen tridimensional?
Yang Fuyu: Sí. Es muy difícil lograr la cristalización tridimensional de los lípidos de membrana. Por estas razones, creemos que este puede ser un foco de investigación futura. La membrana biológica es un sistema supramolecular, que también está compuesto por proteínas, azúcares, etc. Por tanto, cuando estudiamos biopelículas, también debemos estudiar la relación entre homogeneidad y contenido de azúcar. Hay otra imagen debajo.
Hay muchas células en una biopelícula. Como acabo de decir, hay muchas células en la célula y la membrana es desigual. Hay muchos glóbulos rojos allí y hay muchas áreas. Hay otra característica. Esta área no es fija y puede cambiar después de haber sido fijada por un período de tiempo.
Guo Tongxing: ¿También es gratis?
Yang Fuyu: Dinámico. Hay una región dentro de la membrana que es dinámica, lo que plantea muchas dificultades para la investigación. Habiendo resuelto la estructura tridimensional y estudiado la heterogeneidad de la membrana, ¿cuál es la pregunta importante ahora? Una es que debe ser interdisciplinario, y la biología por sí sola no es suficiente...
Guo Tongxing: ¿No se puede hacer de forma independiente?
Yang Fuyu: Sí, necesitamos que la física, la química, las matemáticas, las computadoras, etc. penetren, se comuniquen y cooperen entre sí para resolver problemas tan importantes. Sus cambios dinámicos, cómo medir este cambio dinámico, en un momento determinado, su estructura y sus funciones requieren nueva innovación tecnológica y la invención de nuevos métodos para resolverlo. Y estas cosas deben hacerse en todas las disciplinas. Esto proviene de la propia biopelícula. Por otro lado, en lo que a aplicaciones de biofilm se refiere, tiene un amplio abanico de aplicaciones. Creo que estas preguntas también son muy importantes. Si se profundiza más en la solución y aplicación de estos problemas, surgirán muchas preguntas que deberán resolverse teóricamente.
En la actualidad, nuestro país también ha propuesto que uno esté orientado a la frontera internacional y el otro a las grandes necesidades nacionales. Fronteras Internacionales es una discusión en profundidad de estos temas básicos. Las principales necesidades del país requieren que apliquemos estos resultados de investigación de manera oportuna durante el proceso de solicitud. Surgen muchos problemas en las aplicaciones, que a su vez plantean muchos temas para la investigación básica. Por eso ambos son muy importantes y están estrechamente relacionados entre sí. Creo que con la investigación sobre biopelículas en nuestro país se han logrado algunos avances buenos y rápidos en los últimos 30 años de reforma y apertura, pero todavía hay una gran brecha con el nivel avanzado internacional. Espero que todos, especialmente los jóvenes, puedan promover aún más la investigación de biopelículas en mi país a un ritmo más rápido.
Guo Tongxing: Hoy, el profesor Yang nos dio un maravilloso discurso sobre el tema de la biopelícula. Te agradecemos que hayas venido. Al mismo tiempo, gracias a todos por ver la entrevista al académico. Nos vemos la próxima vez para la entrevista académica. Gracias.
Yang Fuyu: ¡Adiós, gracias!