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　　編者語：納米級分子機器是人類征服自然的整個宏偉藍圖中最富有想像力和創造力的部分。為了實現建造“多結構域蛋白質分子機器”的夢想，四川大學華西臨床醫學院生物膜與膜蛋白實驗室主任丘小慶和他領導的研究集體進行了為期10年的研究，他們以數種細菌信息素、抗體模擬無核大腸菌素等為模本，構建了數種融合蛋白（抗菌多肽和免疫毒素）。它們均特異性地攻擊了選定的靶細菌或靶細胞，其殺傷效力遠遠高于現有抗菌素和免疫毒素，而毒副作用卻遠低于現有抗菌素和免疫毒素。

　　目前，科學家試圖在分子尺寸上組裝一種極其微小的裝置，其在醫學上應用前景廣闊。

　　■ 將新聞進行到底

　　8月中旬正是巴蜀大地還未脫離溽暑和大雨反復煎熬的時節，丘小慶博士仍在他的實驗室中為圓滿完成“蛋白質分子機器”的構思埋頭苦干。

　　作為四川大學華西臨床醫學院生物膜與膜蛋白實驗室主任，他充滿信心地告訴記者，需要對蛋白質進行加工和改造使之成為滿足人類需要的納米級分子機器，這是人類征服自然的整個宏偉藍圖中最富有想像力和創造力的部分。

　　那么“分子機器”，也有人稱之為“分子機器人”，它們究竟是怎樣一種機械，它們的構造如何，它們又是由哪些部件組成的呢？

　　——解讀分子機器——

　　自然界到處都有分子機器人

　　正確地說“分子機器人在自然界并不罕見”。比如就拿我們人類的身體來說，由于分子生物學的進展，我們發現人體是微小的精密機械的組合體。DNA（脫氧核糖核酸）上記錄了遺傳信息的復制和蛋白質的合成。肌肉的張弛、神經網絡的信息傳輸等，在人類所有生命活動中，如果從分子水平上觀察，就可以看到正在運行的微小精密機械。

　　自然界中的分子機器人令人吃驚之處在于，它們是完全自動組裝而成的，只要材料和環境條件具備，就能輕而易舉地自動組裝成分子機器人。目前人類掌握的技術已經能夠在物質的表面一個一個地移動原子，但是要利用這種技術制造分子機器人能力還有所不及。

　　“分子機器人”制造絕非輕而易舉

　　制造分子機器人的最初構想要回溯到1950年。美國著名物理學家理查德·費曼（１９１８—１９８８）第一次提出，未來可以制造微小機械讓其能夠實施各種各樣的作業。盡管費曼并沒有提出分子機器人的具體概念，但是從那以后，制造分子機器人就成為人類夢寐以求的向往。不過科學技術的發展進程并非輕而易舉，不管怎么說，科學家研究的對象——分子，尺寸只有１納米，把這個尺度上的東西組裝起來其難度可想而之，而且科學家組裝起來的還必須是“把操作和作業作為目的，能自動運行”的機械。

　　要人工制造分子機器人其捷徑仍然是模仿生物體中的分子機器人，但是正如前面談到的，生物的“分子機器人是自動組裝而成的”，個中機理科學家還沒有完全弄清楚，研制過程中可能就會誤入歧途。

　　最新研究進展

　　利用DNA技術對基因進行組合

　　對于分子組成的機器，丘小慶教授說，只要具備足夠的想像力，那么“人工多結構域蛋白質機器”的制造對任何人幾乎都是唾手可得的。目前的生物技術方法不僅僅能對結構和功能進行修飾，它還能夠對自然界存在的大量蛋白質進行改造。通過引入一些特定的變化來修飾一些特定的蛋白質，就可形成一個綜合多種功能的蛋白質分子。目前最常用的方法是用DNA重組技術將表達不同多肽或蛋白質結構域的基因組合起來，形成一個攜帶所有基因功能的融合蛋白。只要在折疊形成活性結構的過程中這個融合蛋白內的各個功能結構域不相互阻礙，該蛋白就有可能表現出我們在設計時希望它具有的生物功能。

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　　已經構建出數種融合蛋白

　　為了實現建造“多結構域蛋白質分子機器”的夢想，丘小慶等所做的第一個嘗試是構建由兩種蛋白質片段組合而成的一個融合蛋白。通過對該融合蛋白的分子結構進行控制，讓這個融合蛋白產生出所期待的、能夠選擇性攻擊某一種細胞的靶向攻

　　擊能力。在實現了對原核細胞的攻擊之后，丘小慶又開始夢想能否構建出“靶向”攻擊真核細胞的有效活性物質。

　　經過為期10年的研究，丘小慶教授和他領導的研究集體以數種細菌信息素、抗體模擬無核大腸菌素等為模本，構建了數種融合蛋白（抗菌多肽和免疫毒素）。它們均特異性地攻擊了選定的靶細菌或靶細胞，其殺傷效力遠遠高于現有抗菌素和免疫毒素，而毒副作用卻遠低于現有抗菌素和免疫毒素。它們有可能發展成為一系列新型抗菌和抗腫瘤藥物。

　　——重要應用前景——

　　可向病變部位集中運送藥劑

　　目前，分子機器人的種類是有限的，不過我們可以考慮將來如何利用它們。

　　從分子機器人能夠在生物體內自動生成來設想，其最初的應用似乎應是以醫療等領域為中心。比如針對病毒的分子機器人，也許可以通過研發分子鉗予以實現。加工分子鉗前端的部件，使它只能與特定的病毒相結合。而且，可以利用分子鉗那樣的分子機器人，向癌腫部位集中送達藥劑等。

　　丘小慶認為，隨著生物技術水準的迅速進步，這樣的生物技術藥物可能會很快地代替現有藥物，為人類創造更好的福祉，可是這些構建出來的融合蛋白還遠遠未能表達出我們所企求的結構和功能水準——人工多結構域“蛋白質機器”所應該具有的理想境界，充其量它們只能算作是蛋白質分子機器的一個雛形。目前，正有科學家試圖把如此重要的機械在分子尺寸上組裝起來，制造一種極其微小的裝置，科學家意圖使用這種裝置來操控別的分子，運用于醫學可以用來清除肌體深處的病毒、癌細胞等，它們具有不可限量的應用前景。

　　■ 解疑釋惑

　　分子機器人究竟是什么？

　　“機器人”這個詞的含義在辭書中可以看到，有的辭書將機器人稱為“把操作和作業作為目的，能自動運行的機械或裝置”，諸如此類，不限于所謂“人形機器人”。在廣義上，能夠自動進行各種各樣操作的機械都可稱為機器人。而所謂“分子機器人”，望文生義當然是在分子尺寸上制造的機器人。大致說來，分子尺寸的機器人，其長短大小僅相當于１納米左右，而１納米是１米的十億分之一，也就是其尺寸是１毫米的千分之一的千分之一。原子的大小大約在０．１納米左右，分子機器人當然就是把數十個或者數百個原子組合起來制成的機器人。

　　如果能使用如此微小的分子尺寸的機械，隨意支配或者加工其他分子的話，那就是一件令科學家十分稱心的事了，比如科學家就可能制造與病毒做斗爭的分子機器人，這些病毒嚴重威脅著人類健康。科學家可以把這種分子機器人送入人體內，剔除構成病毒的分子，或摘除病毒或對其進行摧毀。也許和“人形”絲毫不沾邊，但是分子機器人給我們實至名歸的印象。

　　■ 相關新聞

　　科學家制造出超微機器人 “腿腳”由DNA構成

　　據俄羅斯《紐帶》網報道，英國牛津大學的一個研究小組制造出了一款分子級的超微型機器人——它的“手腳”皆由DNA細絲構成，具有獨立行動的能力。

　　生物學家們很久以前便已發現，分子能夠沿著某些特定的細胞內部結構運動。科學家們曾嘗試著采用人工方法制造出類似的分子運輸結構，但此前還從未有人制造出過能夠與自然狀態下分子功能類似的人造產品。牛津大學的研究人員指出，他們最新制造出的這款“分子機器”的性能在很多方面都超越了先前的產品。據介紹，這部分子級機器人由兩條相互連接的“腿”構成，而這兩條“腿”則由DNA片段制成。分子機器人的兩條“腿”能夠附著在特定的DNA序列上并沿著它緩慢地移動。

　　這種超微型機器人的運動能量來自一些游離于周圍體液中的專門分子。據悉，當機器人的“腿”接觸DNA表面后，便能夠幫助機器人從那些特殊的分子處獲得能量補充。

　　不過，這種分子機器人還存在著一些缺陷：它的“腿”在行進時有可能會失控，從而阻礙其行進的更遠。目前，研究人員正在試圖克服這一缺陷。科學家們希望，今后類似的更為完善的機器人將能夠在微型工廠和車間中擔負其物資運輸的任務。