纳米光子学技术的优化还能应用在更多微观测量和纳米光子学技术研发中

3月9日,《物理评论快报》刊载的一项研究把蛋白质折叠速度的精准测量变成了现实,给出了从0.7到4微秒不等的答案。就在3月12日,《自然》官网把它列为头条新闻,宣告了人类对生命微观过程认知的新阶段。蛋白质就像长长氨基酸做成的意大利面,只有折叠成特定形状才能发挥作用。这次突破让科研人员看清了它们从展开到立体结构的全过程。研究人员在氨基酸链两端连上了红、绿两种染料,利用荧光共振能量转移效应,把这个短暂的过渡给捕捉到了。更让人意外的是,研究发现蛋白质的折叠速度和它的大小没什么关系,不管简单还是复杂的蛋白质都能在微秒内完成高效折叠。 这个成果让基础研究受益良多。它破解了蛋白质折叠速度的百年谜题,完善了“能量景观”理论,原来较长的蛋白质反而折叠得更快,因为内部氨基酸协同作用让能量景观更平滑。这为后续研究蛋白质动态结构提供了全新的理论支撑。同时用到的纳米光子学测量技术也为单分子动态研究树立了典范,有望把DNA、RNA等生物大分子的动态过程研究推向精准化。 对医药健康来说这也是个好消息。阿尔茨海默病、帕金森病还有亨廷顿舞蹈症这些神经退行性疾病以及部分癌症都与蛋白质折叠错误有关。现在明确了折叠机制和速度,就能搞清楚“折叠异常”是怎么发生的。科学家可以找到新靶点来做早期诊断,还能通过调控折叠速度或路径来开发药物。 生物工程领域也迎来利好。人工蛋白质设计一直是难题,现在搞清楚折叠机制就能定向调控设计方案。未来可以研发出更高效稳定的工业酶和重组蛋白。从长远看这项研究影响深远: 它重塑了基础研究格局。之前AlphaFold能预测蛋白质结构但抓不住动态过程,这次填补了空白,让结构生物学从静态走向动态解析。 它加速了医药研发迭代。过去药物研发要花好几年找靶点现在快了不少。 通过模拟折叠过程就能快速筛选干预异常的药物。 它推动了交叉学科融合。这是物理学和生命科学的成果还带动了化学和材料科学等领域发展。 纳米光子学技术的优化还能应用在更多微观测量和纳米器件研发中。 《自然》官网头条的报道显示出其重要地位会吸引更多人投入到蛋白质动态研究和纳米光子学技术研发中。