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2016年05月15日 星期日 放大 缩小 默认   
世界上最小的DNA温度计
李忠东
  人体内部的温度称体温,是物质代谢的产物。体温三大营养物质在氧化过程中释放能量,其中50%左右的能量变为体热以维持体温,并以热能的形式不断散发于体外。另有45%的能量转移到三磷酸腺苷(ATP)的高能磷酸键中,供机体利用,最终仍需转化为热能散出体外,从而产生体温。

  正常人的体温是相对恒定的,这是保证新陈代谢和生命活动正常进行的必要条件。它通过大脑和丘脑下部的体温调节中枢,调节和神经体液的作用,使产热和散热保持动态平衡。在正常生理状态下,体温升高时,机体通过减少产热和增加散热来维持体温相对恒定。反之,当体温下降时,则产热增加而散热减少,使体温维持在正常水平。体温是人体最重要的监测指标之一,人一生病到医院首先要用温度计测量体温。

  据英国《每日邮报》4月28日报道,加拿大蒙特利尔大学生物化学家亚历克西斯·瓦勒·贝利斯尔教授领导的团队使用DNA最新研制出世界上最小的温度计,只有人类头发直径的两万分之一,能用新的方式对电子设备和人体的温度变化进行监控。它利用DNA的一种固有属性,温度较高时会从折叠状态展开。研究人员通过设计特殊的DNA序列,使新型DNA温度计在特定的温定下折叠和展开。他们改变“分子基对”序列,在30°C~85°C之间的不同温度条件下出现变形,通过DNA分子的折叠和展开测量温度的变化。

  “四个分子基对(A,T,C和G)可提供所有生物体的基因序列,同时部分响应DNA的紧密束缚程度。”蒙特利尔大学研究员大卫·加罗表示,“DNA是由叫做核苷酸的4种不同单体分子构成,核苷酸A微弱地与核苷酸T结合,然而核苷酸C较强地与核苷酸G结合。使用这些简单的设计法则,我们能够在特殊设计的温度条件下建立可以折叠和展开的DNA结构。”

  近年来,生物化学家发现了蛋白质或者核糖核酸(RNA)等生物分子可作为纳米等级体温计,放置在活体生物体内,并且通过折叠或者展开产生温度变化。“像这样的DNA分子可作为纳米等级热敏开关,或者用于结合产生超灵敏的温度计。”贝利斯尔教授表示,“受分子自然属性的灵感启发,我们能够建立各种DNA结构,在特定温度条件下折叠和展开,设计了这种DNA分子温度计。”

  研究人员表示,使用DNA分子设计温度计的一种最大优势在于它能够实现DNA编辑和编程处理。在温度条件发生变化时由于DNA分子改变外形,使它们发光,从而可利用DNA分子监控温度的变化。贝利斯尔教授指出,生物学领域尚有许多未解之谜。例如,大家都知道人体温度恒定在37°C,但是对于人体每个细胞是否存在较大的温差却不清楚。研究团队希望,DNA温度计可以提供研究细胞等级体温变化的新途径。不久的将来能够将DNA纳米温度计植入电子设备中,用于监控纳米等级的局部温度变化情况。

  李忠东

     
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