细胞基本上是一个微型工厂，其中包含大量专用的蛋白质机器来执行各种机械功能。例如，运动蛋白是一种线性马达蛋白，它利用ATP的化学能沿着细胞骨架轨道运输细胞器、染色体和囊泡等货物。就能量效率而言，生物机器可以优于目前可用的人造机器。受这些自然奇观的启发，开发出在人工环境中表现出可控机械运动并执行复杂任务的分子机器是值得的。在未来，分子机器可以用于各种应用，从我们体内治疗货物的控制递送到分子的主动分离(分选)，用于高灵敏度的分析。为了实现这一点，理想情况下，系统应该以可逆的方式工作，具有完成重复机械操作的能力。对这种运动的空间和时间控制是成功机器的进一步标志。制造这种分子机器的一种可能方法是将我们体内的蛋白质或dna等天然分子与合成分子结合起来，以控制天然分子的功能。

图1所示。显示光选择性驱动单个微管的原理图。在近紫外光照射下，我们可以看到一个滑动的微管使抑制剂失活，而在蓝光照射下，其他微管完全被激酶活性抑制剂的功能所抑制。

在我们之前的工作基础上，我们实现了纳米生物分子机器运动的完全开/关光开关，我们开发了一个分子系统，可以自由调节运动蛋白上单个微管的运动。微管是直径为25纳米的微管蛋白的管状明确结构，可能在未来的纳米运输系统中作为各种分子货物的载体。在我们最近的文章中(芯片实验室．2016, 16,4702)，我们成功地证明了微管在任何期望的位置和时间在没有任何表面图案的普通玻璃基板上的局部浓度和分散。我们还对单个微管进行了一些选择性和特定的调控，例如运输、弯曲和切割，所有这些都是在光的影响下进行的(电影):https://www.youtube.com/watch?v=d2Ul_RhooV4）.

这一成功的关键是合成了一种可光切换的运动蛋白激酶抑制剂，该抑制剂利用ATP的能量推动微管。此外，一种新的光学装置——用两种不同波长的光照亮样品的区域——可以精确地在单个目标微管的位置使抑制剂失活，并激活周围区域的抑制剂，以阻止所有其他微管。

我们的策略是使用一种可逆的光切换剂-偶氮苯来解决扩散问题。我们通过共价键将偶氮苯结构引入到抑制剂分子中，通过选择合适波长的蓝光或近紫外线照射，可逆地改变偶氮苯光异构化的抑制特性。从目标微管位置扩散的失活抑制剂分子在到达周围环境后立即被蓝光再次光化学激活。

虽然我们可以通过光照射在任何需要的时刻选择性地运输单个微管，但我们仍然很难通过光来改变运动方向。目前，为了改变微管的方向，我们有兴趣提前制备光通道。因此，我们的下一个目标是开发一种通过光照射改变微管运动方向的方法。

在本研究中，我们使用了酪蛋白-1。然而，在激酶家族中，还有其他蛋白质，如EG5和CENPE，是抗癌药物的靶分子。我们相信光反应抑制剂的概念可以应用于癌症治疗的靶向药物输送。在未来的纳米医学应用中，我们可以设想通过适当波长的照射在癌细胞部位开启抑制剂功能，而在健康细胞部位的抑制活性可以通过其他波长的光停止。

k.r.s unil Kumar, Nobuyuki Tamaoki
官方manbetx手机版日本札幌北海道大学电子科学研究所

出版

通过光开关实现选择性单微管调控对运动蛋白的时空控制。
Kumar KR, Amrutha AS, Tamaoki N
Lab Chip. 2016年11月29日

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