蒙特利爾大學的加拿大研究人員成功地再現並用數學方法證實了生命起源的兩種分子語言。他們的突破性發現最近發表在《美國化學學會雜誌》（Journal of American Chemical Society）上，為納米技術的進步鋪平了道路，為生物傳感、藥物輸送和分子成像等領域提供了潛力。

生物體是由數十億個納米機器和納米結構組成的，它們通過交流創造出能夠完成許多基本任務（如移動、思考、生存和繁殖）的高階實體。

這項研究的主要研究者、UdeM 生物工程學教授Alexis Vallée-Bélisle 說：”生命出現的關鍵在於分子語言（也稱為信號傳遞機制）的發展，它們確保生物體內的所有分子協同工作，以完成特定任務。”

加拿大生物工程和仿生技術研究講座教授瓦雷-貝利斯勒說：”以酵母菌為例，在檢測到並結合交配信息素後，數十億個分子將進行交流並協調它們的活動，以啟動結合。隨著我們進入納米技術時代，許多科學家認為，設計和編程更複雜、更有用的人工納米系統的關鍵在於我們能否理解和更好地運用生物體開發的分子語言。”

兩種語言

一種著名的分子語言是異位語言。這種語言的機制是”鎖-鍵”：一種分子與另一種分子結合併改變其結構，引導其觸發或抑制某種活動。

另一種鮮為人知的分子語言是多價性，也稱為螯合效應。它的工作原理就像一個謎題：當一個分子與另一個分子結合時，只需增加其結合界面，就能促進（或不促進）第三個分子的結合。

研究人員Alexis Vallée-Bélisle（左）和Dominic Lauzon（右）在使用DNA 合成器設計化學語言。圖片來源：Amélie Philibert | 蒙特利爾大學

雖然這兩種語言存在於所有生物體的所有分子系統中，但科學家們直到最近才開始了解它們的規則和原理，並利用這些語言來設計和編程新穎的人工納米技術。

Vallée-Bélisle說：”鑑於天然納米系統的複雜性，在此之前，沒有人能夠在同一系統上比較這兩種語言的基本規則、優勢或局限性。”

為此，他的博士生、該研究的第一作者多米尼克-勞松（Dominic Lauzon）萌生了一個想法：創建一個基於DNA的分子系統，該系統可以同時使用這兩種語言。”DNA就像納米工程師的樂高積木，”勞松說。”它是一種非凡的分子，提供了簡單、可編程、易使用的化學特性”。

用簡單的數學公式檢測抗體

研究人員發現，簡單的數學方程可以很好地描述這兩種語言，從而揭開了納米生態系統內分子間通信的參數和設計規則。

例如，多價語言可以控制分子激活或失活的靈敏度和合作性，而相應的異位翻譯只能控制反應的靈敏度。

有了這一新的認識，研究人員利用多價語言設計出了一種可編程抗體傳感器，可以在不同濃度範圍內檢測抗體。

Vallée-Bélisle說：”正如最近的大流行病所顯示的，我們精確監測普通人群中抗體濃度的能力是確定人們個人和集體免疫力的有力工具。除了擴大合成工具箱以創造下一代納米技術外，科學家的發現還揭示了為什麼一些天然納米系統可能選擇一種語言而不是另一種語言來交流化學信息。”