據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)4月報道，美國哈佛大學(xué)研究團隊開發(fā)出一種新方法，可利用遺傳物質(zhì)密碼創(chuàng)建合成聚合物。該方法“進化”出的合成聚合物或可具有新的，或改進性的功能，如作為化學(xué)反應(yīng)催化劑或是增強疾病治療潛力。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期《自然·化學(xué)》上。
在生物學(xué)中，像DNA(脫氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)和蛋白質(zhì)這樣的大分子是最常見的聚合物，這些聚合物具有顯著的特性。相比而言，人類創(chuàng)建帶有量身定制性能的人造聚合物的能力卻非常有限。曾有研究人員設(shè)法利用遺傳密碼創(chuàng)造出合成聚合物，但他們的努力常常受阻于新分子一定要與創(chuàng)建它們的基因模板相似。
為了解決這個問題，哈佛大學(xué)化學(xué)生物學(xué)教授劉大維(音譯)領(lǐng)導(dǎo)的團隊轉(zhuǎn)向一個可在自然界中發(fā)現(xiàn)的類似過程。該系統(tǒng)不允許新聚合物模塊直接與DNA模板發(fā)生作用，而是依賴于一個“轉(zhuǎn)接器”分子。每個轉(zhuǎn)接器都帶有聚合物的一部分，與模板綁定后形成新的聚合物。在過程的最后一步中，轉(zhuǎn)接器被切斷，讓合成聚合物根據(jù)基因模板創(chuàng)建出來。
該系統(tǒng)的一個有趣功能是由此產(chǎn)生的合成聚合物不必與DNA模板具有任何結(jié)構(gòu)關(guān)系。該系統(tǒng)與 DNA堿基相結(jié)合的部分是轉(zhuǎn)接器分子，所以可從模板中進行物理刪除。該整體策略嚴重“抄襲”自然界中的蛋白合成過程，即tRNA(轉(zhuǎn)移核糖核酸)分子綁定一個信使RNA鏈，其攜帶的氨基酸拼接形成蛋白質(zhì)。
理論上講，由基因模板引導(dǎo)創(chuàng)建的新合成聚合物也能“進化”出獨特的性能，而這幾乎不可能在實驗室中設(shè)計出來。譬如，假設(shè)你想創(chuàng)建一個合成分子，其能打開與癌癥相關(guān)蛋白的一個特定基因的表達。你可能會檢索現(xiàn)行研究成果，尋找關(guān)于如何建立這樣一個分子的線索，你或許還會用你的化學(xué)知識確定哪些分子是可能的。但是，對于這種復(fù)雜的分子目標，這些努力常常是無功而返。
進化的力量使實現(xiàn)這些雄心勃勃的目標變得更為可行。綁定某個非常明確的分子并創(chuàng)造生物反應(yīng)，對于高分子科學(xué)家來說要從零開始設(shè)計是非常困難的，但對大自然的進化來說并不難。大自然經(jīng)歷了數(shù)百萬幾代人的半隨機嘗試，每一代中策略的最成功部分通過其分子秘密傳給下一代。進化是迭代的，任何一代的小進步，都被繼承下來并在以后發(fā)展成重大的成功。
劉教授表示，他的下一個目標是要利用這個系統(tǒng)進化出能實現(xiàn)更為復(fù)雜功能的合成聚合物，然后將其折疊成結(jié)構(gòu)化的三維形狀，綁定到具有生物醫(yī)學(xué)或化學(xué)用途的特定分子，并最終催化化學(xué)反應(yīng)。
