舊金山州立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)合作項(xiàng)目設(shè)計(jì)了第一個(gè)基于合成蛋白質(zhì)的馬達(dá)，它利用生物反應(yīng)來(lái)為自己提供燃料和動(dòng)力。
該研究的作者之一、SFU物理學(xué)教授南希·福德(Nancy Forde)說(shuō):“想象一下，如果Roomba只靠它收集的灰塵提供動(dòng)力。”
該團(tuán)隊(duì)的論文由SFU物理學(xué)博士研究生Chapin Korosec領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)表在《自然通訊》上，描述了一種名為“割草機(jī)The Lawnmower”的基于蛋白質(zhì)的分子馬達(dá)，該馬達(dá)被設(shè)計(jì)用于切割草坪上的肽“草”。馬達(dá)使用消化酶胰蛋白酶來(lái)切割多肽，并將其轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)自身所需的能量。
SFU和瑞典隆德的研究人員證明，割草機(jī)能夠自我引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，并可以使用特殊設(shè)計(jì)的軌道定向到特定方向，這是在各種環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的重要一步。
該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)建立在數(shù)十年來(lái)對(duì)分子馬達(dá)在生物體中的作用和功能的研究基礎(chǔ)之上。正如研究人員解釋的那樣，所有的生命系統(tǒng)，從人類到植物再到細(xì)菌，都是由基于蛋白質(zhì)的分子馬達(dá)維持生命的。這些馬達(dá)將化學(xué)能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，以完成有用的工作，如促進(jìn)細(xì)胞分裂、運(yùn)送貨物、向食物或光線游去，以及維持健康的組織。
The Lawnmower是第一個(gè)用自然蛋白質(zhì)制造的人造動(dòng)力裝置。正如Forde解釋的那樣，這些實(shí)驗(yàn)幫助研究人員測(cè)試我們對(duì)分子馬達(dá)在自然界中如何工作的理解。
她說(shuō):“如果我們從研究自然界的分子馬達(dá)中學(xué)到的規(guī)則是正確和充分的，那么我們應(yīng)該能夠用不同的蛋白質(zhì)部分構(gòu)建馬達(dá)，并讓它們以預(yù)期的方式工作。”
在未來(lái)，分子馬達(dá)可能在醫(yī)學(xué)和生物計(jì)算方面有重要的應(yīng)用。在人體中，運(yùn)動(dòng)蛋白對(duì)于在神經(jīng)元內(nèi)運(yùn)輸貨物尤為重要。了解這些分子機(jī)器的工作原理可能是理解和治療運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病(如多發(fā)性硬化癥和痙攣性截癱)的關(guān)鍵。
設(shè)計(jì)用于模擬生物過(guò)程的分子機(jī)器也可以幫助醫(yī)療保健提供者提供更有針對(duì)性的疾病治療。
Forde說(shuō):“流感被認(rèn)為是一種分子馬達(dá)，可以滲透到細(xì)胞周圍的區(qū)域，從而感染細(xì)胞。”“也許合成馬達(dá)可以使用同樣的方法，但不是感染細(xì)胞，它們可以被設(shè)計(jì)成專門針對(duì)患病細(xì)胞遞送藥物有效載荷。”
“我們受到諾貝爾獎(jiǎng)得主物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman)的啟發(fā)，他有一句名言:‘我不能創(chuàng)造的，就是我不理解的。我們團(tuán)隊(duì)的工作旨在通過(guò)嘗試從零開始創(chuàng)造分子機(jī)器來(lái)測(cè)試我們對(duì)分子機(jī)器基本操作原理的理解。”
| 
