原标题:Science：开发出一种小到足以移动单链DNA的“分子料斗”

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在一项新的研究中，来自英国牛津大学的研究人员构建出一种能够通过蛋白纳米管移动单链DNA的“分子料斗（molecular hopper）”。相关研究结果发表在2018年8月31日的Science期刊上，论文标题为“Directional control of a processive molecular hopper”。论文通信作者为牛津大学化学系教授Hagan Bayley。

这种小型分子料斗的工作原理是按顺序产生和破坏简单的连接到一个纳米级轨道上的化学键。这能够利用较小的电势加以打开、关闭或逆转，从而最终可能让它适合用于纳米孔DNA测序装置中。

Bayley说，“能够控制分子运动是构建纳米级机器的最高目标。能够在精确的化学控制下处理单个DNA分子可能用于替代DNA测序技术中使用的酶，从而提高这些技术的速度和能够并行分析的分子的数量。”

这些研究人员通过产生能够进行亚纳米级跳步（hopping step）的分子而显著推动了这种技术的发展。他们能够每次一步地检测这些亚纳米级跳步并且对它们进行外部控制。

当前，这种分子料斗完成一次跳步需要几秒钟的时间。如今，这些研究人员试图增加化学反应速度和这种纳米级轨道的长度。

这种分子料斗如何工作

这种跳跃运动使用基于3个硫原子的非常简单的可在室温下发生的化学反应[硫醇/二硫化物交换]。这种分子料斗进行亚纳米级（0.7纳米）跳步，并且由电场供电和控制；跳步方向可通过反转这种电场来加以切换。所有这些都在单分子水平上进行实时监测。

棘轮运动（ratcheting motion）是纳米孔测序所必需的。在当前，这种纳米孔测序可通过使用酶加以实现。这种新发布的装置中的跳跃运动是由化学棘轮实现的，而且这种原理可能使用于DNA和RNA测序，这是因为跳跃运动中的步长大小类似于单链DNA中的核苷酸间距离。

参考资料：

Yujia Qing, Sandra A. Ionescu, Gökçe Su Pulcu et al. Directional control of a processive molecular hopper. Science, 31 August 2018, 361(6405):908-912, doi:10.1126/science.aat3872.