細胞膜保護人類細胞不受外界侵擾，這是一道很難穿越的分子屏障。日前，科學家們構建了首個人造轉運蛋白，能夠攜帶特定原子跨越細胞膜。這一成果開辟了一個新領域，能為納米科技、醫學等眾多領域提供幫助。

這項研究由加州大學、麻省理工等機構完成，發表在十二月十九日的Science雜志上，是設計和理解膜蛋白的一個重要里程碑。

絕大多數生物分子都無法穿過脂質的細胞膜，細胞需要通過轉運蛋白來獲取營養和清除代謝廢物。這些精妙的分子機器鑲嵌在細胞膜中，就像一個個鐵面無私的看門人，只在需要的時候允許特定物質出入。科學家們幾十年前就認識了轉運蛋白，但一直還不清楚它們的確切作用機制。

為了進一步了解轉運蛋白，研究人員開始嘗試從頭制造這樣的分子機器。他們通過計算機模擬設計轉運蛋白的功能，決定其氨基酸的排列和組成。按照設計這個轉運蛋白應該能夠正向轉運鋅離子，同時反向轉運質子。他們根據計算機得出的藍圖，在實驗室中制造了人工分子“Rocker”。Rocker有著特殊的分子動態，能夠在兩個狀態之間搖擺。

“我們興奮的發現，Rocker在實驗中成功轉運了鋅和質子，也的確有在兩個狀態之間切換，”加州大學的助理教授Gevorg Grigoryan說。“而且Rocker還表現出很大的選擇性，無法轉運鈣離子。”

蛋白在細胞中執行了大量的任務，包括催化、感知等等。學會設計執行特殊任務的新蛋白，就能將蛋白所能提供的豐富功能用到各種各樣的領域，比如開發更好的藥物、智能材料和清潔能源。

“我們這項研究是一個重要的進步，研究表明，計算機模擬可以將原子結構和分子動態統一起來，設計出能夠執行復雜功能的蛋白，與天然分子機器媲美，”Grigoryan說。“這也是設計和理解膜蛋白的重要里程碑，這類蛋白一直是生物學研究中的一大挑戰。”