破解分子之间的“对话”

　　科学家重建并比较了生命起源时的分子语言——为新型纳米技术的发展打开了新的大门。

　　

生命起源的两种分子语言已经被成功地重建，并在数学上得到了验证，这要归功于加拿大蒙特里萨大学的科学家们的开创性工作。

这一突破发表在本周的《Journal of American Chemical Society》上，为纳米技术的发展打开了新的大门，其应用范围包括生物传感、药物输送和分子成像。

生物体是由数十亿个纳米机器和纳米结构组成的，这些纳米机器和纳米结构相互交流，创造出能够做许多基本事情的高阶实体，比如移动、思考、生存和繁殖。

“生命出现的关键依赖于分子语言的发展——也被称为信号机制——它确保生物体中的所有分子一起工作来完成特定的任务，”该研究的首席研究员、牛津大学生物工程教授Alexis Vallée-Bélisle说。

加拿大生物工程和生物纳米技术研究主席Vallée-Bélisle说，以酵母为例，在检测和结合交配信息素时，数十亿个分子将进行交流和协调它们的活动，以启动结合。

他说:“随着我们进入纳米技术时代，许多科学家认为，设计和编程更复杂、更有用的人工纳米系统的关键在于我们理解和更好地利用生物分子语言的能力。”

两种类型的语言

一种众所周知的分子语言是变构。这种语言的机制是“锁与钥匙”:一个分子结合并修改另一个分子的结构，指导它触发或抑制一种活动。

另一种鲜为人知的分子语言是多价性，也被称为螯合效应。它的工作原理就像一个谜:当一个分子与另一个分子结合时，它通过简单地增加其结合界面来促进(或阻止)第三个分子的结合。

尽管这两种语言存在于所有生物体的所有分子系统中，但直到最近，科学家们才开始了解它们的规则和原理，从而使用这些语言来设计和编程新的人工纳米技术。

“考虑到天然纳米系统的复杂性，在此之前，没有人能够比较这两种语言在同一系统上的基本规则、优势或局限性，”Vallée-Bélisle说。

为了做到这一点，他的博士生Dominic Lauzon，这项研究的第一作者，想到了创建一个基于DNA的分子系统，可以使用两种语言。“DNA就像纳米工程师的乐高积木，”Lauzon说。“这是一种非凡的分子，它提供了简单、可编程和易于使用的化学反应。”

简单的数学方程式来检测抗体

研究人员发现，简单的数学方程可以很好地描述这两种语言，这揭示了纳米系统中分子间通信编程的参数和设计规则。

例如，虽然多价语言能够控制分子激活或失活的敏感性和协同性，但相应的变构翻译只能控制响应的敏感性。

有了这种新的认识，研究人员使用多价语言设计和设计了一种可编程抗体传感器，可以检测不同浓度范围的抗体。

他说:“正如最近的大流行所显示的那样，我们精确监测普通人群抗体浓度的能力是确定人们个人和集体免疫力的有力工具。”

除了扩展合成工具箱以创造下一代纳米技术之外，科学家的发现还揭示了为什么一些天然纳米系统可能会选择一种语言而不是另一种语言来交流化学信息。

 Programming chemical communication: allostery vs multivalent mechanism