百年清华

于慧敏：让病毒“改邪归正”

2016-07-29 | 于慧敏（1991级化工系） | 来源 《光明日报》2016年7月29日 |

提起病毒，往往让人们感到恐惧。重要原因是它看不见、摸不着，但却能够快速侵染宿主细胞，并且以超乎想象的速度进行复制。数百年来，医生几乎想尽一切办法来阻断有害病毒的复制和扩增。

但凡事都有正反两面。病毒的纳米级超微结构和非凡的自我复制能力，可以被化学化工专家利用，制造和组装各种功能结构，使人类从中受益。利用生物体系实现化工产品生产的生物化工技术，是化学化工的一个重要方向。“活”的生物体，拥有最神奇的化学分子合成和新物质创造的能力。形形色色、形态各异的微生物，包括病毒，都是生物化工的主要研究对象。

以“病毒电池”为例，专家是如何利用M13噬菌体病毒来制造新型高能电池的呢？和其他病毒一样，M13噬菌体病毒，也被大自然赋予了纳米级的、非常精巧的结构。它周身包覆着2700多个拷贝的p8衣壳蛋白，一个末端是具有5个拷贝的p3衣壳蛋白。这些蛋白的结构，由它的单链DNA基因决定。通过快速剪切和插入，将新设计的基因序列连接到p8或p3基因的上游，扩增后的新M13噬菌体，就可以在相应衣壳蛋白的末端展示出新的精细结构。当这个改造后的M13噬菌体病毒，侵染了大肠杆菌细胞，就会产生不计其数的、具有新外壳结构的M13复制体。也就是说，只要我们改造基因，就能够得到我们需要的特殊病毒结构，从而具有精心设计的新功能。

具体到“病毒电池”的构建，美国麻省理工学院的科学家们，首先改造M13噬菌体的p8周身蛋白，将其结合磷酸铁，再利用p3末端蛋白，“抓住”碳纳米管。经过自组装，排列成可以容纳更多锂离子嵌入、导电性能优异的网状结构作为电池的正极材料。嵌入位点的大幅度增加，自然就提高了电量，电池功率可以比现有的锂离子电池提高10倍。

改造基因，使我们获得了需要的病毒。掌控了病毒改造的规律后，对它的应用，就不仅仅局限在病毒电池这一个方面。例如改造后的M13病毒，不仅能够帮助我们净化被重金属和化学品污染的水，还能够辅助制备各种高效催化剂；不仅能够进行靶向给药或医学诊断，还能够开发生物传感器、实现化学品痕量检测等。

“改邪归正”的病毒，将在多个领域为我们的生活服务，未来的病毒产品将会超乎你的想象，我们可以展望，未来，高速路上奔跑的汽车可以由病毒来驱动，人们身上穿的衣服可以用病毒来保暖。

（作者单位：清华大学化工系）


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