新興領(lǐng)域：混合肽-DNA“人工生命”

在科學(xué)和通俗文學(xué)中，創(chuàng)造人工生命是一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的主題，它讓人聯(lián)想到心懷惡意的爬行粘液生物或超級(jí)可愛的設(shè)計(jì)師寵物。與此同時(shí)，問題出現(xiàn)了:在我們地球上的環(huán)境中，所有的生命形式都是由大自然創(chuàng)造的，有自己的位置和目的，人工生命應(yīng)該扮演什么角色?

南丹麥大學(xué)物理、化學(xué)和藥學(xué)系的Chenguang Lou副教授和肯特州立大學(xué)的Hanbin Mao教授共同發(fā)明了一種特殊的人工雜交分子，這種分子可能導(dǎo)致人工生命形式的創(chuàng)造。他們現(xiàn)在在《Cell Reports Physical Science 》雜志上發(fā)表了一篇評(píng)論，介紹了他們創(chuàng)造背后的領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。這個(gè)領(lǐng)域被稱為“混合肽-DNA納米結(jié)構(gòu)”，這是一個(gè)新興的領(lǐng)域，成立不到十年。

Lou的愿景是創(chuàng)造病毒疫苗(病毒的改良和弱化版本)和可用于診斷和治療疾病的人工生命形式。“在自然界中，大多數(shù)生物都有天敵，但有些沒有。例如，一些致病病毒沒有天敵。創(chuàng)造一種可能成為它們敵人的人工生命形式是合乎邏輯的一步，”他說。

同樣，他設(shè)想這種人工生命形式可以作為對(duì)抗病毒感染的疫苗，可以用作納米機(jī)器人或納米機(jī)器，裝載藥物或診斷元件，并送入病人體內(nèi)。

“人工病毒疫苗可能需要大約10年的時(shí)間。另一方面，人造細(xì)胞即將問世，因?yàn)樗稍S多元素組成，在我們開始制造它們之前，需要對(duì)它們進(jìn)行控制。但根據(jù)我們現(xiàn)有的知識(shí)，原則上，未來生產(chǎn)人造細(xì)胞生物沒有障礙，”他說。

Lou和他在這一領(lǐng)域的同事們將用什么構(gòu)建模塊來制造病毒疫苗和人工生命?DNA和肽是自然界中最重要的生物分子，使DNA技術(shù)和肽技術(shù)成為當(dāng)今納米技術(shù)工具箱中最強(qiáng)大的兩個(gè)分子工具。DNA技術(shù)提供了從原子水平到宏觀水平對(duì)編程的精確控制，但它只能提供有限的化學(xué)功能，因?yàn)樗挥兴膫€(gè)堿基:A, C, G和T。肽技術(shù)，另一方面，可以在大規(guī)模上提供足夠的化學(xué)功能，因?yàn)橛?/span>20個(gè)氨基酸可供使用。大自然利用DNA和多肽來構(gòu)建細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的各種蛋白質(zhì)工廠，使它們進(jìn)化成生物體。這項(xiàng)研究于2022年發(fā)表在《自然通訊》上。（ Chirality transmission in macromolecular domains）

在世界其他地方，其他研究人員也在致力于將DNA和肽連接起來，因?yàn)檫@種連接為更高級(jí)的生物實(shí)體和生命形式的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在牛津大學(xué)，研究人員已經(jīng)成功地制造了一個(gè)由DNA和多肽組成的納米機(jī)器，它可以鉆穿細(xì)胞膜，創(chuàng)造一個(gè)人工膜通道，小分子可以通過。(Spruijt et al., Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 739-745)

在亞利桑那州立大學(xué)，Nicholas Stephanopoulos和他的同事們已經(jīng)使DNA和多肽能夠自組裝成2D和3D結(jié)構(gòu)。(Buchberger et al., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1406-1416)

西北大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，微纖維可以與DNA和肽的自組裝結(jié)合形成。DNA和肽在納米水平上運(yùn)作，所以當(dāng)考慮到尺寸差異時(shí)，微纖維是巨大的。(Freeman et al., Science, 2018, 362, 808-813)

在內(nèi)蓋夫的本-古里安大學(xué)，科學(xué)家們利用混合分子創(chuàng)造了一種洋蔥狀的球形結(jié)構(gòu)，其中含有抗癌藥物，有望用于體內(nèi)靶向癌癥腫瘤。(Chotera et al., Chem. Eur. J., 2018, 24, 10128-10135)

“在我看來，所有這些努力的總體價(jià)值在于，它們可以用來提高社會(huì)診斷和治療病人的能力。展望未來，我不會(huì)感到驚訝，有一天我們可以任意地創(chuàng)造出混合納米機(jī)器、病毒疫苗，甚至是人造生命形式，以幫助社會(huì)對(duì)抗那些難以治愈的疾病。這將是醫(yī)療保健領(lǐng)域的一場革命，”Lou說。

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