分子發動機獲新突破！定制的大腸桿菌可制造組裝成轉子和軸的蛋白質

　　4月24日消息，華盛頓大學的一個大型研究小組與蒙彼利埃大學和弗雷德哈欽森癌癥研究中心的同事合作，朝著制造軸轉子納米機器邁出了重要一步。在他們發表在《科學》雜志上的論文中，該小組描述了他們如何使用 DNA 編碼來定制大腸桿菌，以及如何推動它們制造組裝成轉子和軸的蛋白質。

由蛋白質軸（白色）和蛋白質環（藍色）構成的轉子比罌粟種子小十億倍。圖片來源：Ian C Haydon / UW 蛋白質設計研究所


正如研究人員指出的那樣，分子引擎在自然界中非常豐富，從一些細菌的鞭毛尾部到 ATP 酶的 F1 馬達。雖然這些例子已經成為很好的模型，但在自然界中利用它們或在實驗室中創造新模型的嘗試大多不成功。這是由于天然引擎的單一目的特征和合成嘗試中蛋白質折疊的不可預測性。在這項新的努力中，研究人員克服了其他人面臨的一些障礙，并通過制造這種裝置所需的兩個主要部件——車軸和轉子——朝著創造分子發動機邁出了重要一步，甚至設法將它們相互連接起來。


為了制造他們的發動機零件，研究人員首先使用了一個名為 Rosetta 的軟件程序，該程序允許他們設計具有特定直徑的環狀蛋白質。然后，他們使用該程序的數據將 DNA 編碼添加到構成蛋白質的大腸桿菌中的氨基酸中。這種蛋白質由氨基酸鏈組成——它們的序列決定了它們自發折疊時的形狀。該團隊能夠誘使一些蛋白質折疊成轉子形狀，而另一些蛋白質則折疊成軸形狀。然后，他們進一步通過誘導多種蛋白質折疊在一起形成轉子-軸組合——分子發動機所必需的基本部件。

研究人員使用低溫電子顯微鏡觀察了他們創建的發動機原型，發現零件已按需要折疊，但由于這種顯微鏡一次只能拍攝一張照片，因此無法判斷轉子是否在轉動。


研究人員的下一個目標是設計一種分子發動機，該發動機具有推動轉子向所需方向旋轉的組件。