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新研究用DNA分子组装类生命,成就出于勤奋

科学家的价值不只在SCI期刊里
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新研究用DNA分子组装类生命“软机器人”

“我们做科研,无论是得到科技部、国家自然科学基金委员会还是其他单位的资助,究其根源,资助都是来源于老百姓。我们真的应该‘取之于民、用之于民’。”这是北京大学邓芙蓉教授从事科研工作20年来的体悟。

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新华社华盛顿4月14日电美国和中国科研人员近期合作设计出一种以DNA为材料构成的类生命“软机器人”,可通过自身新陈代谢为驱动实现自主运动,未来有望用于开发生物芯片等。

邓芙蓉教授参与的《大气颗粒物短期暴露对心血管和呼吸系统的影响特征及其机制研究》项目获得了前不久揭晓的2018年度北京市科学技术奖的二等奖。在212项获奖成果中,与百姓生活息息相关的民生科技成果颇多。许多像邓芙蓉一样颇具民生情怀的获奖科学家,致力于用自己的学术积累让普通老百姓体会到科技的“温度”。

发表在新一期美国《科学·机器人学》杂志上的研究显示,在这一系统中,DNA分子被合成组装为一种层级结构,在可提供能量的液体中按指令、自动地进行生长与降解。

关注大气污染与健康 想在老百姓前面

研究显示,这种“软机器人”从只有55个核苷酸碱基的DNA分子增殖数千万倍,形成几毫米长的DNA水凝胶。在反应液中,胶体首端生长、尾端降解,从而获得动力,可以像黏液菌一样逆流运动。

“我们做公共卫生领域的预防医学研究,最大的希望就是早日实现国家的三级预防目标。”北京大学的郭新彪教授、邓芙蓉教授、吴少伟研究员和黄婧博士团队从国家“十一五”规划期间开始,近10年来一直在大气污染,特别是大气颗粒物对人类身体健康的影响领域钻研。

论文通讯作者、美国康奈尔大学生物和环境工程学教授罗丹对新华社记者说,正如人需要在有氧的空气环境中进行新陈代谢,这种“类生命材料”需要从微流系统中获得“营养”,实现人工“新陈代谢”从而进行自主运动。

他们早早地认识到,日益繁荣的城镇化建设或许会对环境和人们的健康产生影响。而他们要做的,就是把大气污染物和人类健康关联起来,进行研究、分析,发现有效的干预和防护措施,以期给国家反馈政策,给我国修订空气质量标准和保障人群健康提供科学依据,以及给普通人做科普,尽量减少人们因大气污染受到的伤害。

罗丹说,数十亿年前,生命也是从几种分子进化而来的。“虽然我们并未制造一个活物,但这比以往的材料更像生命,且未来具有自我进化的可能性”。

在设计课题时,邓芙蓉问学生:你的研究能不能回答这三个问题:第一,对国家有没有用,有没有可能形成政策,进而让广大的老百姓受益?第二,对老百姓的日常生活有没有用,有没有可能解决日常生活中的问题?
第三,你的研究对于其他学者有没有参考价值?

研究人员还让不同“软机器人”展开“赛跑”,由于环境的随机性,其中一个会最终胜出。他们还在开发能对外界特定刺激做出特定反应的类生命材料。未来这种“类生命系统”有望用来开发生物芯片进行基因检测,还可用于无细胞体系来生产活性蛋白质。

这种设计课题的思路,让邓芙蓉觉得自己的工作特别有价值。解决老百姓真正关心的问题,成为她做科研的“动力”和“兴趣”所在。

“选择不同的城市交通方式时,人们的大气污染物暴露程度到底如何?”“雾霾天气,是乘坐地上交通还是地铁出行更健康?”“交通噪声污染和尾气污染哪个对健康的影响更大?”……这些年,邓芙蓉带领研究生们一直在做这些问题的研究。

2015年,该团队针对我国城市地铁交通日益发达的现状,比较了步行、公交和地铁三种交通出行方式的大气PM2.5暴露水平。研究结果表明,在室外AQI指数大于200的雾霾天气时,乘坐地铁比较健康,因为地铁的AQI此时为70~100;而在室外空气优良、AQI指数小于50时,地铁里的AQI指数依然维持在70~100左右,这时则选择地上交通比较健康。