有关生命起源的分子语言成功重建

(资料图)

科技日报记者 张梦然

加拿大蒙特利尔大学科学家开创性地重建了生命起源的两种分子语言，并进行了数学验证。《美国化学会志》最新发表的这一突破，为纳米技术的发展打开了新的大门，其应用范围包括生物传感、药物输送和分子成像。

插图描绘了生命起源的两种分子语言。相同的白色分子，表示为锁，通过变构（顶部）或多价（底部）被激活。变构激活剂（青色）诱导锁的构象变化，而多价激活剂提供锁的缺失部分，两者都可以通过钥匙激活（粉红色）。图片来源：凯特琳·穆尼/穆尼医疗媒体

人们可以把生物体看成由数十亿个纳米机器和纳米结构所组成的，这些纳米机器和结构之间的通信，能创建移动、思考、生存和繁殖等等诸多高阶行为。

生命出现的关键正依赖于分子语言（信号机制）的发展，这确保了生物体中的所有分子能够协同工作。而随着人类进入纳米技术时代，许多科学家认为，设计更复杂、更有用的人工纳米系统的关键，取决于人们理解和利用分子语言的能力。

一种众所周知的分子语言就是变构，其机制是“锁和钥匙”：一个分子结合并修改另一个分子的结构，指导它触发或抑制活动。

另一种鲜为人知的分子语言是多价，也称为螯合效应。它就像一个谜题：当一个分子与另一个分子结合时，它通过简单地增加其结合界面，促进（或不促进）第三个分子的结合。

在所有生物体的所有分子系统中，都观察到了这两种语言。此次，研究人员提出了创建基于DNA的分子系统的想法，该系统可使用两种语言发挥作用。团队以一种简单的数学方程很好地描述了这两种语言，从而解开了参数和设计规则，实现编程纳米系统内分子之间的通信。

凭借该新成果，团队设计并制造了可编程抗体传感器，该传感器可检测不同浓度范围内的抗体。与此同时，这一发现还揭示了为什么天然系统会选择其中一种分子语言而不是另一种的原理。

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