在工商业领域，当一个个体必须进行快速生产时，他们往往需要作出一些即时决策，比如：立即将所有的资源投入到现有设备来提高产量；或者是先将这些资源用来为车间装备合适的器械。后者似乎是一种效率较低的生产方法，但实际上，在某些情况下，它可以大大加快速度。魏茨曼的分子细胞生物学系的Shalev Itzkovitz博士和他的团队发现，这正是肠道壁处理食物时所用的方法。每当我们进食时，肠道内的细胞就会选择这样一种“最经济”的方式增强他们的活动。这一研究发表在近日的Science期刊上。
肠上皮由单层肠上皮细胞组成，它从顶端的一侧吸收营养物质，再通过基底的一侧将其分泌进血液中。研究人员发现，细胞的两侧的mRNA组成不同：肠道中表达的大约30%的基因所生产的mRNA，要么出现在细胞顶侧，要么在基底侧。而蛋白质制造机器——核糖体，在细胞两侧也存在差异：食物侧的核糖体数量是血流侧的两倍。结果导致，前者的蛋白质生产效率更高。
编码不同基因的mRNA（绿色和红色荧光）分布在上皮细胞（蓝色：细胞核）两侧。图片来源：Science。
通过进一步研究，科学家们发现，当食物一旦进入肠道，肠壁细胞会立即通过增加核糖体产生来作出响应，尤其是在细胞与食物接触的一侧。为此，细胞将大量编码核糖体的mRNA运送到食物侧的区域。细胞的这一部分变成了一个集中的生产车间，合成处理食物所需的各种蛋白质。
Itzkovitz解释道:“在大多数昼夜，肠道内的细胞都无所事事，但食物一出现，它们就必须立即采取行动。”为制造新蛋白质从DNA转录生成RNA分子大约要耗费细胞半个小时。不过，它们可以通过将编码相关蛋白质的mRNA转移到富含核糖体的细胞的一侧，从而在几分钟内增加某些蛋白质的产量。这一策略使它们能够以一种快速有效的方式处理食物的到来。
在禁食小鼠中，编码核糖体蛋白的mRNA储存在肠道上皮细胞内翻译活性较低的基底侧，再喂食使mRNA转移到翻译活性较高的顶侧，这种转移提高了翻译效率，增加了包括核糖体在内的蛋白合成。图片来源：Science。
和宏观世界一样，微观世界的生命活动过程同样遵循事物发展的基本原则：在任何情况下力求以最小的耗费取得有利于自身发展的最大效益，这项研究再次引出了细胞的“经济学”问题。除此之外，这些发现可能也有医学意义，因为肠壁在吸收营养和保护机体方面扮演着重要角色。现在可以研究mRNA是否在转移到细胞适当部位时出现故障；或者mRNA在细胞高-低生产区域之间是否存在失衡——这些问题可能在结肠炎、克罗恩病等疾病甚至肠癌中具有一定意义。
参考资料：
Global mRNA polarization regulates translation efficiency in the intestinal epithelium
The lining of our intestines uses an approach known to business to quickly process food
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