以后吃药也能靠快递,机器人就存在你的DNA里
发布时间:2018-05-01

还记得《自然》上用DNA存储小电影的脑洞研究吗?这几天又有个科学家入了编程的坑,把快递小哥都装到DNA里了...

 

加州理工大学助理教授钱璐璐是国内走出去的学霸,先后就读于东南大学和上海交大,最近,她发明了具分拣功能的DNA机器人,递送货物成功率为80%,成果发布在《科学》上。

 

“就像我们能把机器人送往火星一样,我们也能将机器人送到人去不了的微观世界,比如血液里” 钱璐璐教授说:“我们的目标是打造一款通用型分子机器人,执行‘分拣’这样的复杂纳米任务。”

 

为了成功打造一款人体快递员,研究人员先行开发了三大组成元件:第一个元件是带有两只“脚”的“腿”,它能让DNA“行走”;第二个元件是能捡起特定分子的“手”;最后一个元件是识别信号,告诉“手”放下分子的“脑袋”。


钱璐璐教师表示,“分子编程(Molecular programming)并不仅仅是利用计算机程序来帮助分子系统的设计和分析,而且它还能够适应计算机原理,创建出生化系统,在分子水平上执行任务。利用这种方法,我设计出了可以解决基本逻辑问题的DNA电路,而且也构建出来一个DNA神经网络,用于执行简单的记忆相关功能。”

 

那么,DNA机器人究竟如何行走的呢?作为只有单链结构的DNA机器人,它们走路的样子有点辣眼睛,更像是一根晃动的弹簧,或是一只蠕动的毛虫...


它们行走的本能来自DNA的化学和物理性质。

 

DNA是两条DNA单链通过两两配对的碱基形成双螺旋结构。DNA机器人仅由53个核苷酸组成,是一条具特定碱基序列的单链DNA,按碱基互补配对原则,研究人员教会了DNA机器人怎么工作:和周围另一条特定DNA单链结合,从而可实现二维空间中的行走和分拣。

 

据估计,尽管DNA机器人迈出一步需要5分钟,一步只能移动6纳米,但它依旧能在一天时间里,完成人类布置的工作。研究人员还发现,在场地中添加多个DNA机器人,能加快任务完成的速度。


去年,诺贝尔化学奖授予了“分子机器”的合成与设计,彰显了这一领域的巨大潜力。这也难怪《科学》杂志对这项研究一顿猛夸,并在同期杂志中进行了专门点评。


杜克大学的John H. Reif教授指出“这项研究最卓越的贡献是,他们可以使多个简单的DNA设备同时完成,这意味着很快这项技术将会被应用在化学合成和纳米医疗中...”

两个DNA机器人同时执行运输货物的概念图


来自澳大利亚莫纳什大学的纳米仿生研究学者Wenlong Cheng已经跃跃欲试,他认为该技术有望成为靶向药的搬运工,如果患者患有肿瘤,这种微小的机器人甚至可以完成定位,操作一台小型“手术”,在极微小的尺度里,完成医生和普通药物无法完成的任务。


可能有一天,它们能对垃圾的分子进行分类回收。更科幻些,或许未来DNA机器人可以在探测到特定疾病信号时,寻找并包裹住细菌/病毒DNA或RNA/癌细胞并将其带出体外....


当然,目前DNA机器人的测试还并不完善,甚至可能存在与人类DNA相互作用、整合到人类基因组的情况,因此DNA机器人在短时间内并不可能进行人体试验。


我们期待这项重量级的研究成果未来能带来实际应用,让DNA在人体中发挥更多作用。生物学家玩起编程,脑洞也是分分钟吓死人啊。