在一項(xiàng)新的研究中，來自英國(guó)牛津大學(xué)的研究人員構(gòu)建出一種能夠通過蛋白納米管移動(dòng)單鏈DNA的“分子料斗（molecular hopper）”。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年8月31日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Directional control of a processive molecular hopper”。論文通信作者為牛津大學(xué)化學(xué)系教授Hagan Bayley。
這種小型分子料斗的工作原理是按順序產(chǎn)生和破壞簡(jiǎn)單的連接到一個(gè)納米級(jí)軌道上的化學(xué)鍵。這能夠利用較小的電勢(shì)加以打開、關(guān)閉或逆轉(zhuǎn)，從而最終可能讓它適合用于納米孔DNA測(cè)序裝置中。
Bayley說，“能夠控制分子運(yùn)動(dòng)是構(gòu)建納米級(jí)機(jī)器的最高目標(biāo)。能夠在精確的化學(xué)控制下處理單個(gè)DNA分子可能用于替代DNA測(cè)序技術(shù)中使用的酶，從而提高這些技術(shù)的速度和能夠并行分析的分子的數(shù)量?！?/span>
這些研究人員通過產(chǎn)生能夠進(jìn)行亞納米級(jí)跳步（hopping step）的分子而顯著推動(dòng)了這種技術(shù)的發(fā)展。他們能夠每次一步地檢測(cè)這些亞納米級(jí)跳步并且對(duì)它們進(jìn)行外部控制。
當(dāng)前，這種分子料斗完成一次跳步需要幾秒鐘的時(shí)間。如今，這些研究人員試圖增加化學(xué)反應(yīng)速度和這種納米級(jí)軌道的長(zhǎng)度。
這種分子料斗如何工作
這種跳躍運(yùn)動(dòng)使用基于3個(gè)硫原子的非常簡(jiǎn)單的可在室溫下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)[硫醇/二硫化物交換]。這種分子料斗進(jìn)行亞納米級(jí)（0.7納米）跳步，并且由電場(chǎng)供電和控制；跳步方向可通過反轉(zhuǎn)這種電場(chǎng)來加以切換。所有這些都在單分子水平上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
棘輪運(yùn)動(dòng)（ratcheting motion）是納米孔測(cè)序所必需的。在當(dāng)前，這種納米孔測(cè)序可通過使用酶加以實(shí)現(xiàn)。這種新發(fā)布的裝置中的跳躍運(yùn)動(dòng)是由化學(xué)棘輪實(shí)現(xiàn)的，而且這種原理可能使用于DNA和RNA測(cè)序，這是因?yàn)樘S運(yùn)動(dòng)中的步長(zhǎng)大小類似于單鏈DNA中的核苷酸間距離。
參考資料：Yujia Qing, Sandra A. Ionescu, G?k?e Su Pulcu et al. Directional control of a processive molecular hopper. Science, 31 August 2018, 361(6405):908-912, doi:10.1126/science.aat3872.
