核心提示

分子机器是人类征服自然宏伟蓝图中最富有想象力和创造力的部分。四川大学华西临床医学院膜与膜蛋白实验室主任丘小庆及其团队，通过构建多结构域蛋白质分子机器，实现了对靶细菌或靶细胞的特异性攻击，其杀伤效力远超现有抗菌素和免疫毒素，而毒副作用显著降低。这一技术有望成为新型抗菌和抗肿瘤药物的基础。

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8月中旬，巴蜀大地仍受溽暑和大雨反复煎熬，丘小庆博士仍在实验室中为完善“蛋白质分子机器”的构思埋头苦干。作为四川大学华西临床医学院生物膜与膜蛋白实验室主任，他充满信心地告诉记者，对蛋白质进行加工和改造，使之成为满足人类需要的纳米级分子机器，是人类征服自然的整个宏伟蓝图中最富有想象力和创造力的部分。那么，“分子机器”究竟是怎样一种机械？其构造如何？由哪些部件组成？

解读分子机器

自然界到处都有分子机器人

正确地说，“分子机器人在自然界并不罕见”。例如，人体本身就是微小的精密机械组合体。DNA上记录了遗传信息的复制和蛋白质的合成，肌肉的张弛、神经网络的信息传输等，从分子水平观察，都可以看到正在运行的微小精密机械。自然界中的分子机器人令人吃惊之处在于，它们是完全自动组装而成的，只要材料和环境条件具备，就能轻而易举地自动组装。目前人类技术已能在物质表面一个一个地移动原子，但利用这种技术制造分子机器人仍力所不及。

“分子机器人”制造绝非轻而易举

制造分子机器人的最初构想可回溯到1950年。美国著名物理学家理查德·费曼（1918-1988）首次提出，未来可以制造微小机械实施各种作业。尽管费曼并未提出分子机器人的具体概念，但此后制造分子机器人成为人类梦寐以求的向往。然而，科学技术发展并非轻而易举。分子尺寸仅为1纳米，组装难度可想而知，且科学家组装的必须是“以操作和作业为目的、能自动运行”的机械。人工制造分子机器人的捷径仍是模仿生物体中的分子机器人，但生物分子机器人是自动组装而成的，其机理尚未完全清楚，研制过程可能误入歧途。

最新研究进展

利用DNA技术对基因进行组合

丘小庆教授指出，只要具备足够的想象力，“人工多结构域蛋白质机器”的制造对任何人几乎唾手可得。目前的生物技术方法不仅能对结构和功能进行修饰，还能对自然界存在的大量蛋白质进行改造。通过引入特定变化修饰特定蛋白质，可形成综合多种功能的蛋白质分子。最常用的方法是用DNA重组技术将表达不同多肽或蛋白质结构域的基因组合起来，形成携带所有基因功能的融合蛋白。只要在折叠形成活性结构的过程中，融合蛋白内的各个功能结构域不相互阻碍，该蛋白就可能表现出设计时希望具有的生物功能。

已经构建出数种融合蛋白

为实现建造“多结构域蛋白质分子机器”的梦想，丘小庆等首先尝试构建由两种蛋白质片段组合而成的融合蛋白。通过对该融合蛋白分子结构进行控制，使其产生选择性攻击某一种细胞的靶向攻击能力。在实现对原核细胞的攻击后，丘小庆又开始梦想构建“靶向”攻击真核细胞的有效活性物质。经过为期10年的研究，丘小庆教授及其团队以数种细菌信息素、抗体模拟无核大肠菌素等为模本，构建了数种融合蛋白（抗菌多肽和免疫毒素）。它们均特异性地攻击选定的靶细菌或靶细胞，杀伤效力远高于现有抗菌素和免疫毒素，而毒副作用远低于现有抗菌素和免疫毒素。这些融合蛋白有可能发展成为一系列新型抗菌和抗肿瘤药物。

重要应用前景

可向病变部位集中运送药剂

目前，分子机器人的种类有限，但我们可以考虑将来如何利用它们。从分子机器人能在生物体内自动生成来设想，其最初应用似乎应以医疗等领域为中心。例如，针对病毒的分子机器人，可通过研发分子钳实现。加工分子钳前端的部件，使其只能与特定病毒相结合。利用分子钳那样的分子机器人，可向癌肿部位集中送达药剂。丘小庆认为，随着生物技术水准的迅速进步，这类生物技术药物可能很快代替现有药物，为人类创造更好的福祉。然而，这些构建出来的融合蛋白还远未能表达出人工多结构域“蛋白质机器”所应具有的理想境界，充其量只能算作蛋白质分子机器的雏形。目前，科学家正试图将如此重要的机械在分子尺寸上组装起来，制造一种极其微小的装置，用于操控其他分子，在医学上可用于清除肌体深处的病毒、癌细胞等，具有不可限量的应用前景。

解疑释惑

分子机器人究竟是什么？

“机器人”在辞书中被定义为“把操作和作业作为目的，能自动运行的机械或装置”，不限于“人形机器人”。广义上，能自动进行各种操作的机械都可称为机器人。而“分子机器人”是在分子尺寸上制造的机器人。分子尺寸的机器人长约1纳米，1纳米是1米的十亿分之一，即1毫米的千分之一的千分之一。原子大小约0.1纳米，分子机器人由数十个或数百个原子组合而成。如果能使用如此微小的分子尺寸机械随意支配或加工其他分子，科学家就可能制造与病毒做斗争的分子机器人，将其送入人体内，剔除构成病毒的分子，或摘除病毒并摧毁它。尽管与“人形”毫不沾边，但分子机器人实至名归。

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