在一項新的研究中，來自英國牛津大學(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)生和破壞簡單的連接到一個納米級軌道上的化學(xué)鍵。這能夠利用較小的電勢加以打開、關(guān)閉或逆轉(zhuǎn)，從而最終可能讓它適合用于納米孔DNA測序裝置中。
Bayley說，“能夠控制分子運動是構(gòu)建納米級機器的最高目標。能夠在精確的化學(xué)控制下處理單個DNA分子可能用于替代DNA測序技術(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。”
這些研究人員通過產(chǎn)生能夠進行亞納米級跳步（hopping step）的分子而顯著推動了這種技術(shù)的發(fā)展。他們能夠每次一步地檢測這些亞納米級跳步并且對它們進行外部控制。
當前，這種分子料斗完成一次跳步需要幾秒鐘的時間。如今，這些研究人員試圖增加化學(xué)反應(yīng)速度和這種納米級軌道的長度。
這種分子料斗如何工作
這種跳躍運動使用基于3個硫原子的非常簡單的可在室溫下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)[硫醇/二硫化物交換]。這種分子料斗進行亞納米級（0.7納米）跳步，并且由電場供電和控制；跳步方向可通過反轉(zhuǎn)這種電場來加以切換。所有這些都在單分子水平上進行實時監(jiān)測。
棘輪運動（ratcheting motion）是納米孔測序所必需的。在當前，這種納米孔測序可通過使用酶加以實現(xiàn)。這種新發(fā)布的裝置中的跳躍運動是由化學(xué)棘輪實現(xiàn)的，而且這種原理可能使用于DNA和RNA測序，這是因為跳躍運動中的步長大小類似于單鏈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.
