日前，Nature出版社旗下*子刊《Nature-nanotechnology》發(fā)表了一篇重磅文章，一組來自德國Bonn大學(xué)等研究機構(gòu)的科學(xué)家團隊制備出了一種DNA納米引擎（nanoengine），這項精妙的分子生物學(xué)及工程科學(xué)交叉前沿技術(shù)能夠為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域治療疾病帶來新的啟迪。

鬼斧神工的大自然為我們?nèi)祟愄峁┝藥追N生物馬達的范例，這些生物馬達依靠消耗機體內(nèi)的化學(xué)能產(chǎn)生相應(yīng)的動力。生物體需要生物馬達來實現(xiàn)如貨物運輸、細胞運動和分裂、趨化性和ATP合成等基本生物功能。 盡管大多數(shù)天然馬達機制復(fù)雜，但通過采用DNA納米結(jié)構(gòu)或生物雜合體可以完成設(shè)計和裝配人造生物引擎系統(tǒng)。 然而，目前除了合成小分子馬達，還沒有依靠消耗化學(xué)能的轉(zhuǎn)子 - 定子單元的單向旋轉(zhuǎn)仿生輪馬達的報道。

原子顯微鏡下的DNA納米引擎

我們都知道發(fā)動機的核心部件包括定子和轉(zhuǎn)子。科研人員首先利用環(huán)狀的質(zhì)粒作為整個生物引擎的轉(zhuǎn)子，然后采用一個能夠與特定的DNA序列穩(wěn)定結(jié)合的鋅指蛋白質(zhì)Zif268（ZIF）來結(jié)合到“定子質(zhì)粒”上面；另一方面，采用另一種能夠與特定DNA序列結(jié)合的蛋白酶：T7 RNA多聚酶（T7-RNAP），與“轉(zhuǎn)子質(zhì)粒”結(jié)合，并且T7-RNAP和Zif268之間也用一定長度的氨基酸鏈連接起來。

納米引擎的構(gòu)造原理

當(dāng)提供ATP的情況下，T7-RNAP能夠沿著DNA序列“爬行”，然而它的另一端又被固定在“定子”上面，因此，隨著它在圓形DNA質(zhì)粒上面“爬行”，此時這個“轉(zhuǎn)子”質(zhì)粒就開始轉(zhuǎn)動起來。同時研究者們利用DNA折疊技術(shù)制備出這種DNA納米引擎運動的“納米軌道”，這樣一來，DNA納米引擎就可以在這種軌道前進。

DNA納米引擎沿著預(yù)設(shè)的“軌道”前進

科研人員預(yù)見未來納米發(fā)動機的進一步優(yōu)化將圍繞提高運轉(zhuǎn)效率、速度和持續(xù)合成能力為主，目標使接近天然蛋白質(zhì)發(fā)動機。 該納米發(fā)動機結(jié)合了眾多功能，預(yù)計這些功能將有助于創(chuàng)建能夠執(zhí)行更復(fù)雜任務(wù)的納米機器人。這種納米分子馬達未來將應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的各個領(lǐng)域，例如，靶向投放抗癌藥物等。

參考文獻

Julián Valero，Nibedita Pal, Soma Dhakal, Nils G. Walter、Michael Famulok. A bio-hybrid DNA rotor–stator nanoengine that moves along predefined tracks