纳米机器人——分子仿生学新领域 (2)
　2001-04-29 13:40:31

　　

　　 基因工程技术的发展带动了制药工业，很多基因工程新药已经问世。但是，广泛深入地发展此项新技术却遇到了一个棘手的难题：工程菌常常把克隆的药用蛋白识别出来而作为异己蛋白包裹在“包含体”里。包含体包裹的蛋白因为没有正确的高级结构而不表现蛋白活性，这个问题成为目前基因工程制药工业发展的“瓶颈”限制了它的发展速度，在化工领域出现的生物化工前沿课题就是如何把没有活性的包含体蛋白重新“复活”。在细胞中存在着一类被称作“分子伴娘”的生物大分子，她们帮助新合成的蛋白分子形成正确的高级结构而表现蛋白活性。“分子伴娘”一词本身就具有仿生的意味，如果模仿“分子伴娘”制造一些纳米机器人用在制药工业上解决包含体蛋白恢复活性的问题应当是非常卓越的分子仿生学成果。“生物导弹”的设计也是一个典型的分子仿生学应用范例。生物导弹模仿膜囊泡转运蛋白质的功能，它把不能分辨好坏细胞的抗癌药物包裹在脂微囊中并在微囊表面植入一种专门与癌细胞结合的标记分子。如此设计的生物导弹就是在血液中或细胞间隙游走的纳米机器人，它一旦遇到癌细胞就会抓住不放并钻入细胞中释放抗癌药物杀死癌细胞。这个方向上的研究已取得了一些成果，而且正在向纵深发展。

　　 生物能力学是研究生物能量转化功能的一门学科，形象地说生物能力学就是研究植物如何把太阳的能量储存在粮食中而动物又如何把食物中的太阳能取出来为自己使用。叶绿体是利用太阳能制造粮食的分子机器，模仿叶绿体制造的纳米机器人将可能直接利用太阳能制造食物而创造新概念农业。动物细胞中也有一部分类似的机器叫做线粒体，它是从食物中提取太阳能的能手。模仿线粒体制造的纳米机器人将可能为医学的发展作出重要贡献，因为人们已经发现线粒体与衰老、运动疲劳以及很多与衰老相伴而生的疾病如糖尿病、帕金森氏病、脑肌病等等有很重要的关系。

　　 分子病理学的研究将揭示疑难症的分子基础，很多疑难病都是和某种酶分子的缺陷或酶分子的活性不能顺利表现有关。这些疾病常具有家族遗传性，可以在基因水平上找到其相应的基因密码突变或者在基因表达调控水平上找到阻碍酶分子表现活性的原因。生物芯片技术的迅猛发展将为这些疾病的快速准确诊断提供有效的手段，但如何修复这些病变分子就要看是否能设计出可以在纳米空间识别出基因突变和修复突变基因的纳米机器人了。根据分子病理学的原理可以设计制造各种各样的用于医疗和保健目的的纳米机器人，为医学发展作出重要贡献。


　　 纳米机器人的设计原理来自于对分子水平生物原理的深入认识，因此大力支持分子水平生物学原理的基础研究是非常重要的，基础打得越厚楼层起得越高。但是基础研究必须有明确的目的才能得到发展的动力，在知识经济时代的今天，基础研究只有和社会生产力结合起来，才能得到迅速和健康的发展。以纳米机器人的研制为契机组织21世纪生物学的学科发展可以把生物学基础研究与发展社会生产力紧密结合起来。对细胞生命过程分子水平生物学原理的每一步深入认识，都可能提出新的设计思想，促进新型纳米机器人的制造。如此不断深入的挖掘自然潜力可创造巨大的社会生产力，它给人类带来的将是高度的社会文明和无限美好的生活方式，这也是摆在21世纪年轻有为科学家面前的光荣历史使命。

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