研究人員正在探索多肽-DNA 混合奈米結構，以開發人工生命體，這些生命體有可能應用於製造病毒疫苗和治療疾病的奈米機器。這些創新可能預示著醫療保健領域的突破性變革。創造人造生命是科學和通俗文學中反覆出現的主題，它讓人聯想到懷有惡意的蠕動黏液生物或超級可愛的設計寵物。

同時，問題也隨之而來： 在地球上，所有生命形式都是大自然創造的，都有自己的位置和目的。

南丹麥大學物理、化學和藥學系的婁晨光副教授與肯特州立大學的毛漢斌教授設計了一種特殊人工雜交分子的母體，這種分子可能導致人工生命形式的產生。

他們在《細胞報告物理科學》（Cell Reports Physical Science）雜誌上發表了一篇綜述，介紹了其創造背後這一領域的研究現狀。這個領域被稱為”肽-DNA雜化奈米結構”，是一個新興領域，成立不到十年。

人工生命的潛在應用

婁的願景是創造病毒疫苗（病毒的改良版和弱化版）和可用於診斷和治療疾病的人工生命形式。

「在自然界中，大多數生物都有天敵，但有些生物沒有。例如，有些致病病毒沒有天敵。創造一種能與之為敵的人造生命體將是順理成章的一步，」他說。同樣，在他的設想中，這種人造生命體可以作為疫苗來預防病毒感染，也可以作為奈米機器人或奈米機器，裝載藥物或診斷元素，然後送入病人體內。

「人工病毒疫苗可能還需要10 年左右的時間。而人造細胞則是箭在弦上，因為它由許多元素組成，在我們開始製造之前需要對這些元素進行控制。但是，根據我們掌握的知識，原則上未來製造人造細胞生物體沒有任何障礙。”

分子構件

婁和他在這領域的同事們將利用哪些構件來製造病毒疫苗和人造生命？DNA 和勝肽是自然界中最重要的生物分子，因此DNA 技術和勝肽技術是當今奈米技術工具包中最強大的兩種分子工具。

DNA 技術可以精確控制從原子到宏觀層面的編程，但它只能提供有限的化學功能，因為它只有四個鹼基： A、C、G 和T。而勝肽技術則可以提供足夠的大規模化學功能，因為有20 種胺基酸可供使用。大自然利用DNA 和勝肽來建造細胞中的各種蛋白質工廠，使它們進化成生物。

最近，毛漢斌和婁晨光成功地將設計好的三鏈DNA結構與三鏈勝肽結構連接起來，從而創造出一種兼具兩者優點的人工混合分子。這項研究成果於2022 年發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

雜交結構的全球進展

在世界其他地方，其他研究人員也致力於將DNA 和勝肽連接起來，因為這種連接為開發更先進的生物實體和生命形式奠定了堅實的基礎。

牛津大學的研究人員成功地製造出一種由DNA 和勝肽組成的奈米機械，它可以鑽過細胞膜，形成一個人工膜通道，讓小分子可以通過。(Spruijt等人，Nat.Nanotechnol.2018，13，739-745）。

在亞利桑那州立大學，尼古拉斯-斯蒂芬諾普洛斯及其同事使DNA 和勝肽能夠自組裝成二維和三維結構。(Buchberger et al., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1406-1416)

西北大學的研究人員已經證明，在DNA 和勝肽自我組裝的同時還能形成微纖維。DNA 和勝肽在奈米等級上運行，因此考慮到尺寸差異，微纖維是巨大的（Freeman 等人，《科學》，2018 年，362 期，808-813）。

在內蓋夫本古里安大學，科學家利用混合分子創造了一種洋蔥狀球形結構，其中含有抗癌藥物，預計將用於體內標靶治療癌症腫瘤。(Chotera等人，Chem. Eur. J., 2018, 24, 10128-10135)

“在我看來，所有這些努力的整體價值在於，它們可以用來提高社會診斷和治療病人的能力。展望未來，如果有一天我們能用這些構件任意創造出混合奈米機器、病毒疫苗，甚至人造生命體，幫助社會對抗那些難以治癒的疾病，我也不會感到驚訝。這將是醫療保健領域的一場革命。”