一个新兴领域：混合肽-DNA“人工生命”

　　想象一种生命形式，它与生命之树上发现的任何生物体都不相似。它有自己独特的控制系统，医生会想让它进入你的身体。这听起来像科幻电影，但根据纳米科学家的说法，它可以——而且应该——在未来发生。

　　

在科学和通俗文学中，创造人工生命是一个反复出现的主题，它让人联想到心怀恶意的爬行粘液生物或超级可爱的设计师宠物。与此同时，问题出现了:在我们地球上的环境中，所有的生命形式都是由大自然创造的，有自己的位置和目的，人工生命应该扮演什么角色?

南丹麦大学物理、化学和药学系的Chenguang Lou副教授和肯特州立大学的Hanbin Mao教授共同发明了一种特殊的人工杂交分子，这种分子可能导致人工生命形式的创造。他们现在在《Cell Reports Physical Science 》杂志上发表了一篇评论，介绍了他们创造背后的领域的研究现状。这个领域被称为“混合肽-DNA纳米结构”，这是一个新兴的领域，成立不到十年。

Lou的愿景是创造病毒疫苗(病毒的改良和弱化版本)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，但有些没有。例如，一些致病病毒没有天敌。创造一种可能成为它们敌人的人工生命形式是合乎逻辑的一步，”他说。

同样，他设想这种人工生命形式可以作为对抗病毒感染的疫苗，可以用作纳米机器人或纳米机器，装载药物或诊断元件，并送入病人体内。

“人工病毒疫苗可能需要大约10年的时间。另一方面，人造细胞即将问世，因为它由许多元素组成，在我们开始制造它们之前，需要对它们进行控制。但根据我们现有的知识，原则上，未来生产人造细胞生物没有障碍，”他说。

Lou和他在这一领域的同事们将用什么构建模块来制造病毒疫苗和人工生命?DNA和肽是自然界中最重要的生物分子，使DNA技术和肽技术成为当今纳米技术工具箱中最强大的两个分子工具。DNA技术提供了从原子水平到宏观水平对编程的精确控制，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。肽技术，另一方面，可以在大规模上提供足够的化学功能，因为有20个氨基酸可供使用。大自然利用DNA和多肽来构建细胞中发现的各种蛋白质工厂，使它们进化成生物体。这项研究于2022年发表在《自然通讯》上。（ Chirality transmission in macromolecular domains）

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，因为这种连接为更高级的生物实体和生命形式的发展奠定了坚实的基础。

在牛津大学，研究人员已经成功地制造了一个由DNA和多肽组成的纳米机器，它可以钻穿细胞膜，创造一个人工膜通道，小分子可以通过。(Spruijt et al., Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 739-745)

在亚利桑那州立大学，Nicholas Stephanopoulos和他的同事们已经使DNA和多肽能够自组装成2D和3D结构。(Buchberger et al., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1406-1416)

西北大学的研究人员已经证明，微纤维可以与DNA和肽的自组装结合形成。DNA和肽在纳米水平上运作，所以当考虑到尺寸差异时，微纤维是巨大的。(Freeman et al., Science, 2018, 362, 808-813)

在内盖夫的本-古里安大学，科学家们利用混合分子创造了一种洋葱状的球形结构，其中含有抗癌药物，有望用于体内靶向癌症肿瘤。(Chotera et al., 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，我不会感到惊讶，有一天我们可以任意地创造出混合纳米机器、病毒疫苗，甚至是人造生命形式，以帮助社会对抗那些难以治愈的疾病。这将是医疗保健领域的一场革命，”Lou说。

Peptide-DNA conjugates as building blocks for de novo design of hybrid nanostructures