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量子生物学迈入人工设计实用化新阶段。据发表于最新一期《自然》杂志的研究,英国牛津大学团队成功制备出一类由量子驱动的蛋白质。这是一种生物分子磁敏感荧光蛋白(MFP),能与磁场和无线电波相互作用,其特性正源于蛋白质内部的量子力学效应。
以往研究曾揭示,量子效应在某些生物过程中发挥关键作用,例如鸟类的磁感应导航。而这是首次通过人工设计,将其转化为一系列具有实用价值的新型技术。这意味着人类从单纯观察自然界的量子现象,迈向了主动利用并改造这些现象以服务于实际应用的阶段。
研究团队首先开发出一种原型成像仪器,能够利用类似磁共振成像(MRI)的原理,对经过人工改造的蛋白质进行体内定位。与常规MRI不同,该系统可以追踪生物体内具体分子或基因表达的变化。这项能力对靶向药物递送、跟踪肿瘤内部遗传变化等医学难题具有重要意义。
接着,为制备这类蛋白质,团队采用了一种称为“定向进化”的生物工程方法:首先向编码该蛋白的DNA序列中引入随机突变,产生成千上万个性质各异的变体,从中筛选出性能较好的突变体,并多次重复这一过程。最终,经过多轮筛选与进化,所得蛋白质对磁场的敏感度显著提高。
这项突破依赖于工程生物学、量子物理与人工智能等多学科的深度融合。论文第一作者、工程科学系博士生加布里埃尔·亚伯拉罕斯表示:“这是一项令人兴奋的发现。人类尚无法从零开始设计出高性能的生物量子传感器,但通过细致引导细菌的进化过程,大自然为我们指明了一条可行的道路。”
这项研究也体现出从科学发现到技术突破的路径往往难以预测。研究团队对磁敏感荧光蛋白内部量子过程的理解,离不开多年来对鸟类地磁导航机理的研究积累。同时,研究实现了跨学科协作的愿景,使多项技术得以在同一实验室中同步推进。
【总编辑圈点】
这就像是给生物学研究装上了“量子雷达”——科学家不再只是旁观自然界的神奇戏法,而是亲手导演了一场变革。他们借细菌之手,“驯化”出了能感应磁场的荧光蛋白,让我们第一次拥有了能在活体内追踪单个分子的“量子显微镜”。这也意味着,未来医生或许能像看天气预报图一样,实时看清肿瘤内部的基因变化,让靶向药物精准锁定目标。更令人振奋的是,这条路子打破了学科壁垒:从鸟类导航的奥秘到燕麦蛋白的改造,从量子物理到AI筛选,原来前沿突破,往往藏在跨界合作的缝隙里闪光。
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