研究人员正在探索多肽-DNA混合纳米结构 可能成为一种人造生命形式

研究人员正在探索多肽-DNA混合纳米结构，以开发人工生命体，这些生命体有可能应用于制造病毒疫苗和治疗疾病的纳米机器。这些创新可能预示着医疗保健领域的突破性变革。创造人造生命是科学和通俗文学中反复出现的主题，它让人联想到怀有恶意的蠕动粘液生物或超级可爱的设计宠物。

与此同时，问题也随之而来：在地球上，所有生命形式都是大自然创造的，都有自己的位置和目的。

南丹麦大学物理、化学和药学系的娄晨光副教授与肯特州立大学的毛汉斌教授设计了一种特殊人工杂交分子的母体，这种分子可能导致人工生命形式的产生。

他们在《细胞报告物理科学》（CellReportsPhysicalScience）杂志上发表了一篇综述，介绍了其创造背后这一领域的研究现状。该领域被称为"肽-DNA杂化纳米结构"，是一个新兴领域，成立不到十年。

人工生命的潜在应用

娄的愿景是创造病毒疫苗（病毒的改良版和弱化版）和可用于诊断和治疗疾病的人工生命形式。

"在自然界中，大多数生物都有天敌，但有些生物没有。例如，有些致病病毒没有天敌。创造一种能与之为敌的人造生命体将是顺理成章的一步，"他说。同样，在他的设想中，这种人造生命体可以作为疫苗来预防病毒感染，还可以作为纳米机器人或纳米机器，装载药物或诊断元素，然后送入病人体内。

"人工病毒疫苗可能还需要10年左右的时间。而人造细胞则是箭在弦上，因为它由许多元素组成，在我们开始制造之前需要对这些元素进行控制。但是，根据我们掌握的知识，原则上未来制造人造细胞生物体没有任何障碍。"

分子构件

娄和他在这一领域的同事们将利用哪些构件来制造病毒疫苗和人造生命？DNA和肽是自然界中最重要的生物分子，因此DNA技术和肽技术是当今纳米技术工具包中最强大的两种分子工具。

DNA技术可以精确控制从原子到宏观层面的编程，但它只能提供有限的化学功能，因为它只有四个碱基：A、C、G和T。而肽技术则可以提供足够的大规模化学功能，因为有20种氨基酸可供使用。大自然利用DNA和肽来构建细胞中的各种蛋白质工厂，使它们进化成生物体。

最近，毛汉斌和娄晨光成功地将设计好的三链DNA结构与三链肽结构连接起来，从而创造出一种兼具两者优点的人工混合分子。这项研究成果于2022年发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）上。

杂交结构的全球进展

在世界其他地方，其他研究人员也在致力于将DNA和肽连接起来，因为这种连接为开发更先进的生物实体和生命形式奠定了坚实的基础。

牛津大学的研究人员成功地制造出一种由DNA和肽组成的纳米机械，它可以钻过细胞膜，形成一个人工膜通道，让小分子可以通过。(Spruijt等人，Nat.Nanotechnol.2018，13，739-745）。

在亚利桑那州立大学，尼古拉斯-斯蒂芬诺普洛斯及其同事使DNA和肽能够自组装成二维和三维结构。(Buchbergeretal.,J.Am.Chem.Soc.2020,142,1406-1416)

西北大学的研究人员已经证明，在DNA和肽自我组装的同时还能形成微纤维。DNA和肽在纳米级水平上运行，因此考虑到尺寸差异，微纤维是巨大的（Freeman等人，《科学》，2018年，362期，808-813）。

在内盖夫本古里安大学，科学家们利用混合分子创造了一种洋葱状球形结构，其中含有抗癌药物，有望用于体内靶向治疗癌症肿瘤。(Chotera等人，Chem.Eur.J.,2018,24,10128-10135)

"在我看来，所有这些努力的总体价值在于，它们可以用来提高社会诊断和治疗病人的能力。展望未来，如果有一天我们能用这些构件任意创造出混合纳米机器、病毒疫苗，甚至人造生命体，帮助社会对抗那些难以治愈的疾病，我也不会感到惊讶。这将是医疗保健领域的一场革命。"