物理学家冈拉克的奇幻漂流:从引力、暗物质到DNA纳米孔( 二 )


物理学家冈拉克的奇幻漂流:从引力、暗物质到DNA纳米孔
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和所有的物理学系教授分道扬镳
DNA如何通过这个孔 , 当时并没有一个共识 , 它只是一个概念 。 冈拉克说 , 在这个问题上 , “我和所有的物理学系教授就分道扬镳了 。 ”
“我当然是一个物理学家 , 但是每一个物理学家都和我说你必须用氧化硅或者是其他的一些材料 , 需要用纳米的设施 , 在大学实验室才能做这一件事 。 但是我觉得自然界已经有了一切所需要的元素了 , 我们为什么不使用自然界就存在的生物呢?“
冈拉克谈到 , 比如说我们可以使用一个双层的结构 , 叫MspA , “它来自一个非常小的细菌 , 是分枝杆菌属的 , 它有合适的几何学特征 , 这些都是很重要的 。 ”
分枝杆菌细长略弯曲 , 有时有分枝或出现丝状体 。 冈拉克说 , DNA原则上是能够通过分枝杆菌二层结构里的这个孔的 , 所以我们就试了一下 , 很快就发现了这些孔确实是非常具有韧性的 , 把它放到任何PH值环境中 , 都还可以继续工作 。
我差一点就放弃了
虽然一切都很好 , 但是 , “只有一个小问题 , 我发现DNA进不去 。 ”冈拉克笑着说 。
“我差一点就放弃了 , 因为没能取得进展 。 然后我就对我生物学领域的同事说了其中的挫折 , 他们说你们可以针对蛋白进行工程改造” , 冈拉克说 , “我对于生物工程当时没有什么认识 , 它因为也是负电荷的 , 所以它就没有办法进去 , 那时候我根本就不知道对于蛋白质也可以进行工程 , 而且很简单就可以做到了 。
冈拉克接下来请教了大学里熟悉生物工程的同事 , 在他们的帮助下 , 冈拉克把电荷变成了中性的 , 然后还有一些其他的电荷在里面 , 就让DNA能够通过了 。
物理学家冈拉克的奇幻漂流:从引力、暗物质到DNA纳米孔
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“我们对于这个结果非常高兴!”冈拉克说 , 于是就有了纳米孔测序的一个非常具有奠基意义的论文 。 “后来我们开始利用另外一种电流 , 也就是离子电流 , 对于细胞核非常的敏感 , 我们就开始用DNA流到这个孔 , 它其实非常的短 , 只有100微秒这么长 , 但足以分辨核苷酸 。 接下来就是用酶 , 它是一个分子发动机 , 我们现在了解了很多关于酶的事 。 ”
冈拉克先让酶先放到DNA上 , 然后用电场把DNA吸入到孔里 , 这基于非常原始的分子动力学原理 。 做到这里以后 , 冈拉克就发现酶可以让DNA非常慢地进入 , 结果也很好 。
冈拉克进一步想“看清”踪迹 , 就用了20个不同的DNA的分子 , 每一个DNA的分子 , 都让离子流进入进去 , 进入到了图的下方 , 用不同的颜色 。 由于离子流它是不断的重复出现 , “其实是用DNA相同的分子测序的 , 我们看到了以后就非常的振奋 , 因为我们发现它的相关性非常的好 。 ”
冈拉克看到DNA的序列完美地进行了匹配 , “把整个事情就可以搞清楚了 , 你可以利用离子流来进行DNA的测序 , 这个现在已经运用在商业上作为一个测序的机器 。 ”
跨学科的研究的确是可行的 , 而且让人乐在其中
目前 , 应用这一技术的商业应用在产业界已经拓展开了 。 冈拉克激动地说道 , “现在我的研究已经完全的转给产业界了 , 让他们非常快的商业化了 , 纳米孔也是一个非常棒的单分子的工具 , 又可以用于生物物理学 , 我现在在实验室里面也经常使用 。 ”
他提到 , 对生物学家来说 , 很重要的是要理解酶的作用 , “现在我们已经知道了DNA的运动 , 接着给DNA施加一个力 , 就可以看到DNA是如何被酶所作用的 。 为什么对酶的研究特别重要呢?在当前的新冠疫情背景下 , 我们知道新冠病毒有自己的聚合酶和解旋酶 , 如果我们可以对聚合酶进行深入的理解的话 , 就可以开发出相关的抑制剂 , 让病毒无法进行有效的复制 。 ”

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