Three dimensional structure of the DNA packaging nanomotor of bacterial virus phi29 that contains six RNA molecules. During replication, bacterial virus phi29 uses a nanomotor to package its genomic DNA into a preformed protein shell. The figure shows the three dimensional structure of the DNA packaging motor, with six different colors representing six copies of the RNA molecule. The central channel is the path that DNA follows during replication.
Atomic Force Microscope image showing pRNA as single strands folded into "checkmark" shapes (a), sets of two strands that form rod shapes (B), sets of three strands that form triangle shapes (C) and multi-strand arrays forming bundles (D). The figures in the insets help illustrate how the RNA molecules in each shape are bonded to each other.
人们一直在不断向大自然学习,也随之出现了一门学科——仿生学,仿生学是生物物理学的一个分支学科,仿生学是以生物学原理为参照原型设计制造用于特殊目的的“功能器件”。而纳米技术与分子生物学的结合开创了分子仿生学新领域——纳米机器。
因为自然界为生命体完美地创造了纳米尺寸的结构,所以科学家转向生物学寻求灵感和构建纳米结构的工具。而生物体主要由三种“模块”构建而成:蛋白质、DNA和RNA(其实,我个人认为生物体主要的三种“模块”是蛋白质、核酸和多糖)。 相对于蛋白质和DNA,人们对RNA了解最少(尤其是其结构方面)。
在2004年8月11日的Nano Letters上,Purdue University 的Peixuan Guo 和他的同事,把常规制得的线性RNA与其他物质如氯化镁混合,诱导RNA分子自组装为类似于螺旋、三角、杆和发卡等三维形状,并且可以进一步构建纳米技术装置。
早在1987年Peixuan Guo就发现了一种侵染细菌的病毒有一个双分子纳米马达,而这个马达依赖RNA分子起作用。同时,他确定了RNA在马达中如何起作用。并且学会了如何控制RNA的组装。现在,他们利用这些知识,已经可以构建直径数微米的阵列。
这一成果是如此的激动人心,因为在如此小的尺度上操控纳米颗粒正是纳米技术的主要目标之一。并且这种RNA模块可以比双链DNA构成更多的形状,比很多蛋白质模块更容易操作。
当然,它也存在缺陷,例如时间一长RNA将发生生物降解。因此,研究人员正致力于增加RNA的降解抗性,以获得长效的模块。