百年清華

於慧敏🤳🏼:讓病毒“改邪歸正”

2016-07-29 | 於慧敏(1991級化工系) | 來源 《光明日報》2016年7月29日 |

提起病毒,往往讓人們感到恐懼🤴🏽。重要原因是它看不見👷‍♂️、摸不著,但卻能夠快速侵染宿主細胞🧑🏿‍⚖️,並且以超乎想象的速度進行復製。數百年來🏣,醫生幾乎想盡一切辦法來阻斷有害病毒的復製和擴增。

但凡事都有正反兩面😢。病毒的納米級超微結構和非凡的自我復製能力🏸,可以被化學化工專家利用,製造和組裝各種功能結構🐉,使人類從中受益⌛️。利用生物體系實現化工產品生產的生物化工技術,是化學化工的一個重要方向。“活”的生物體🛌🏽🍈,擁有最神奇的化學分子合成和新物質創造的能力。形形色色🤵🏿‍♀️、形態各異的微生物🐏,包括病毒🏔,都是生物化工的主要研究對象。

以“病毒電池”為例,專家是如何利用M13噬菌體病毒來製造新型高能電池的呢?和其他病毒一樣👩🏼‍🎓,M13噬菌體病毒,也被大自然賦予了納米級的、非常精巧的結構🥦。它周身包覆著2700多個拷貝的p8衣殼蛋白,一個末端是具有5個拷貝的p3衣殼蛋白。這些蛋白的結構👨‍🦽‍➡️🤦,由它的單鏈DNA基因決定。通過快速剪切和插入,將新設計的基因序列連接到p8或p3基因的上遊,擴增後的新M13噬菌體,就可以在相應衣殼蛋白的末端展示出新的精細結構。當這個改造後的M13噬菌體病毒,侵染了大腸桿菌細胞,就會產生不計其數的☔️、具有新外殼結構的M13復製體🧑🏻‍🦼‍➡️。也就是說,只要我們改造基因,就能夠得到我們需要的特殊病毒結構,從而具有精心設計的新功能。

具體到“病毒電池”的構建👼🏽,美國麻省理工學院的科學家們,首先改造M13噬菌體的p8周身蛋白,將其結合磷酸鐵🫱🏼,再利用p3末端蛋白,“抓住”碳納米管。經過自組裝,排列成可以容納更多鋰離子嵌入、導電性能優異的網狀結構作為電池的正極材料。嵌入位點的大幅度增加,自然就提高了電量❎,電池功率可以比現有的鋰離子電池提高10倍⛹️。

改造基因,使我們獲得了需要的病毒。掌控了病毒改造的規律後🫷,對它的應用,就不僅僅局限在病毒電池這一個方面。例如改造後的M13病毒,不僅能夠幫助我們凈化被重金屬和化學品汙染的水,還能夠輔助製備各種高效催化劑;不僅能夠進行靶向給藥或醫學診斷🍙,還能夠開發生物傳感器🧏🏼‍♀️、實現化學品痕量檢測等。

“改邪歸正”的病毒📭👳🏽‍♀️,將在多個領域為我們的生活服務,未來的病毒產品將會超乎你的想象,我們可以展望,未來,高速路上奔跑的汽車可以由病毒來驅動,人們身上穿的衣服可以用病毒來保暖🧖🏼‍♂️。

(作者單位:意昂体育平台化工系)


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