能量共振特異性傳遞靶向斷裂DNA或蛋白質(zhì)

成波

摘 要 在生物學(xué)的研究和實(shí)踐中，有針對性地抑制或者是滅活某種特定的生物體，并且保證鄰近的其它生物體不受或者少受傷害，這種需求是廣泛的。比如清除或者抑制腫瘤細(xì)胞的同時(shí)不傷害人體正常細(xì)胞，滅活病原體但是不傷害人體組織等。通常會(huì)采用某些化學(xué)藥物放射線等方法對病原體進(jìn)行殺滅的同時(shí)不可避免地嚴(yán)重傷害到了周圍的正常細(xì)胞。本文給出一種設(shè)想，采用能量諧振，堿基段間相互牽扯，沿著特定序列傳遞能量的方式，靶向破碎具有特定DNA序列的生物體的DNA，達(dá)到即滅活和抑制該種生物體，又不損傷其它序列DNA的生物體。

關(guān)鍵詞 能量諧振 牽扯傳遞 特異性 DNA斷裂 靶向殺菌 治療癌癥

中圖分類號：R944.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.05.027

Abstract In biological research and practice， it targeted inhibition or inactivation of a particular organism and other organisms from neighboring guarantee or less hurt， this demand is widespread. For example， remove or inhibit tumor cells without harm to the body's normal cells， inactivate pathogens but does not harm human tissue and the like. Often they use certain chemicals and other methods of radiation to kill pathogens while inevitable serious injury to the surrounding normal cells. This paper presents a vision， using resonance energy， between each other involved base section， energy transfer along the way specific sequences， specific DNA sequences having broken target organism DNA， i.e.， to achieve the kind of organism inactivation and suppression and does not damage DNA sequence other organisms.

Key words ultrasonic resonance； energy delivery； targeting therapy； DNA break； sterilization； treatment of cancer

如何殺滅致病病原體或癌變細(xì)胞，是當(dāng)前醫(yī)學(xué)界對疾病進(jìn)行治療的一大研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。我們目前主要用手術(shù)或者各種化學(xué)藥物對致病因素進(jìn)行清除，以達(dá)到治療疾病的目的。然而這些方式都有其缺陷。手術(shù)的方式對人體本身就是個(gè)創(chuàng)傷，化學(xué)藥物可能對身體的正常細(xì)胞造成傷害。因此，如何在對疾病進(jìn)行治療時(shí)候避免對正常細(xì)胞造成傷害，靶向的清除致病因素，是亟待解決的問題。多種能量波（如超聲波）都可以穿透人體組織并且向內(nèi)部提供能量，本文介紹一種可能的利用超聲波特異性斷裂靶DNA的方法，以期將這種方法應(yīng)用于實(shí)際臨床中。

任何一個(gè)具有一定形態(tài)的物體，從信號處理的角度來看，都是一個(gè)機(jī)械濾波器，給它施加一定頻率的機(jī)械振動(dòng)信號（比如超聲波），都會(huì)讓它獲得一定幅度的振動(dòng)，它一定具有一個(gè)或者多個(gè)特定的固有頻率（也稱諧振頻率和共振頻率），①它的振動(dòng)幅度與施加信號的頻率和它自身的固有頻率有關(guān)。如果輸入信號的頻率和物體的諧振頻率相同，那么該物體就會(huì)在這個(gè)輸入信號的激勵(lì)下共振起來，獲得最大振幅。②③它如同一個(gè)機(jī)械的帶通濾波器，只不過這個(gè)通帶頻率可能很窄（如圖1（a）），或者有幾個(gè)很窄的通頻帶而成為梳狀濾波器（如圖1（b））。以上是信號處理的基礎(chǔ)知識(shí)。這些知識(shí)同樣適用于電學(xué)和電磁學(xué)等各種波動(dòng)學(xué)說。也就是說，任何帶電物體（包含極性分子以及分子片段）都具有以上所描述的機(jī)械特性完全類似的電磁學(xué)特性。 DNA（和RNA）分子的堿基、脫氧核糖核苷酸、核糖核苷酸以及它們組成的序列，從結(jié)構(gòu)上看，都具有以上的機(jī)械和電磁學(xué)等特性。

生物體的遺傳物質(zhì)是DNA（部分物種是RNA，因?yàn)榍闆r類似，以下統(tǒng)稱DNA），俗稱遺傳基因。任何生物都由體內(nèi)的DNA決定它身體的結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)育生長等，依靠DNA編碼繁衍后代。DNA分子是雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)④（如圖2（a） ），每個(gè)單鏈由含有ATGC（RNA為AUGC）四種堿基的脫氧核糖核苷酸（deoxynucleoside，是一類分子片段，一個(gè)基團(tuán)，簡稱脫氧核苷酸，本文中為了描述方便，用堿基和ATGC直接代指對應(yīng)的脫氧核苷酸，本文不再區(qū)分堿基與含有該堿基的脫氧核苷酸）按照一定的順序排列而成，兩條鏈之間按A-T（RNA中是A-U），C-G由氫鍵嚴(yán)格配對組成堿基對（如圖2（b）），一長串含有堿基的脫氧核苷酸對形成雙鏈。⑤⑥同一條鏈上相鄰兩個(gè)堿基之間由磷酸二酯鍵（以下簡稱酯鍵）相連。這個(gè)排列順序就是遺傳密碼，組成很長的雙鏈結(jié)構(gòu)，對于一個(gè)生物體或者細(xì)胞來講，如果DNA不能正常工作，其生命過程就會(huì)受到阻礙甚至死亡。

因此，如果我們可以特異的只破壞病原體的DNA，而不影響正常細(xì)胞的DNA，就可以做到靶向治療了。然而過程并沒有這么簡單，通常而言，我們所熟知的破壞DNA的方法是使用特定的限制性內(nèi)切酶對特定的酯鍵切割，但是蛋白質(zhì)酶很難在人體內(nèi)維持活性，很可能被免疫系統(tǒng)攻擊，并且很難靶向到病原體處。就算沒有被攻擊，也靶向到了病原體，也很難穿透其細(xì)胞膜。所以目前還沒有成熟的通過內(nèi)切酶進(jìn)行治療的先例。我們給出另一個(gè)思路：基于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和DNA分子所具有的特定頻率響應(yīng)特性（可能包含機(jī)械力學(xué)、電磁學(xué)等性能，以下統(tǒng)一以機(jī)械力學(xué)特性為例說明，電磁學(xué)等特性完全類似）做到特異性位點(diǎn)切割DNA分子的思路。

因?yàn)锳TGC四種脫氧核苷酸自身機(jī)械結(jié)構(gòu)差異性，因此它們的機(jī)械振動(dòng)頻率一定有差異，每一種結(jié)構(gòu)都具有一個(gè)固有振動(dòng)頻率，假設(shè)： A、T、G、C的固有振動(dòng)頻率分別為1 MHz，2 MHz，3 MHz，4 MHz；如果對DNA分子施加以上任意一個(gè)頻率的超聲波，對應(yīng)頻率的脫氧核苷酸會(huì)發(fā)生共振。若我們事先通過基因測序方法獲得病原體的DNA單鏈序列中特異性的一段序列為（為了下面描述方便，特地給每個(gè)脫氧核苷酸進(jìn)行編號）

A1-G1-T1-C1-A2-T2-G2-C2-T3-G3-A3-......

給該DNA鏈發(fā)射1MHz的超聲波，引起A1共振（當(dāng)然每一個(gè)A都會(huì)共振，下面同理），持續(xù)一定的時(shí)間（假設(shè)1ms），在這段時(shí)間內(nèi)相鄰G1因?yàn)榕cA1間酯鍵連接，一定會(huì)獲取一定的振幅（即能量），根據(jù)G1的振動(dòng)相位施加同相位的3MHz超聲波，使得G1共振，因?yàn)镚1先從A1那里獲得了一定的能量，后面的3Mhz超聲傳給它的能量是同相位的，使得G1獲得更大的振幅，G1大幅度振動(dòng)又會(huì)通過酯鍵牽引T1振動(dòng)，使得T1也振動(dòng)起來，3Mhz施加1ms長時(shí)間，在G1劇烈振動(dòng)并且?guī)?dòng)T1振動(dòng)厲害后，又按照T1的振動(dòng)相位施加2Mhz的超聲波，讓T1在獲得G1傳遞過來的能量的基礎(chǔ)上更加劇烈地與2Mhz超聲波共振，持續(xù)1ms以后，再次施加4Mhz的超聲波，使得C1的振幅更大，以此類推下去，總是讓能量沿著特定的序列不斷地傳遞下去（過程中能量有一定衰減），對施加超聲波信號的頻率和相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得只有按特定順序排列的堿基序列可以不斷獲得最大的振動(dòng)幅度，沿著單鏈傳遞達(dá)到一定長度（比如100個(gè)堿基）以后，因?yàn)閴A基振動(dòng)太過劇烈，酯鍵或氫鍵會(huì)斷裂。斷裂后就可以停止超聲波發(fā)射了。因?yàn)榻o出的超聲波的時(shí)間序列是按照特定堿基序列給出的，因此不是按超聲順序排列的堿基序列在這個(gè)過程中不能夠持續(xù)不斷共振而獲得足夠大的能量，并且在這個(gè)過程中，是有阻力的振動(dòng)，阻力會(huì)不斷消耗能量，因此其它順序排列堿基序列的能量傳遞和積累速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如特定序列（與超聲波的序列對應(yīng)的堿基序列）快。這樣就實(shí)現(xiàn)了抑制特定序列的DNA生物的繁殖或生長。通過超聲波的時(shí)間編碼，實(shí)現(xiàn)有針對性地滅活或抑制對應(yīng)DNA編碼的生物體的目標(biāo)。但是對其它編碼的生物體又傷害很小。

當(dāng)前治療腫瘤所采用的放療，是采用電磁波或高能射線等，能夠非特異性打碎DNA，人體的正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞全部滅活，因?yàn)榉翘禺愋缘脑颍暖煂Σ∪说母弊饔煤艽螅⑶页３２荒芡耆宄w內(nèi)的腫瘤細(xì)胞。本文的路線方法也可以選擇癌細(xì)胞的特異序列進(jìn)行攻擊既能夠特異性的殺滅包含特定序列的DNA的癌細(xì)胞，又能不傷害其他正常細(xì)胞。

以上描述的思路拿超聲波舉例說明完全是為了敘述方便，其實(shí)電磁波（包含光波）對作為極性基團(tuán)的脫氧核苷酸來說也是一種很不錯(cuò)的共振激勵(lì)能量波，思路還可以開闊一點(diǎn)，還可以從脫氧核苷酸作為極性基團(tuán)的電磁學(xué)等特性考慮采用電磁波、粒子射線、電子軌道躍遷等諸多方法。組成序列的個(gè)體也不限于只針對單個(gè)脫氧核苷酸，可以考慮脫氧核苷酸對，甚至多個(gè)脫氧核苷酸或脫氧核苷酸對的組合（因?yàn)榻M合的原因，會(huì)導(dǎo)致編碼數(shù)增多，但這并不影響該方法的原理的可行性）。甚至推而廣之，針對形成生物體氨基酸只有21種和其構(gòu)象只有有限的幾種的特點(diǎn)，針對每種氨基酸及其構(gòu)象找到其共振頻率，對每種氨基酸和其構(gòu)象進(jìn)行頻率編碼順序施加機(jī)械或者電磁頻率能量，讓其達(dá)到能量頻率共振順序傳遞的目的。其最根本的原理就是沿著特定序列諧振并且通過相鄰的牽扯傳遞和積累能量，達(dá)到最后特異性破碎DNA或蛋白質(zhì)的目的。實(shí)際上熒光共振能量轉(zhuǎn)移就是利用了這個(gè)原理，但是它只實(shí)現(xiàn)了一步轉(zhuǎn)移，本文中提到的方案是要實(shí)現(xiàn)多步轉(zhuǎn)移并巧妙地利用這個(gè)多步達(dá)到特異性的目的。顯然這個(gè)思路雛形還有待把它付諸實(shí)施的有興趣人們在實(shí)踐中不斷完善和修正，工程量非常大，但筆者認(rèn)為，這條思路不失為一種可供探索用于醫(yī)治百病的“靈丹妙藥”。

注釋

① 何靜華，形繼祖編，生活中的物理（79）.廣州出版社，2003.8：10.

② 劉栓江，李建新.大學(xué)物理，航空工業(yè)出版社，2001：66.

③ 孫林巖.普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材 人因工程（修訂版）.中國科學(xué)技術(shù)出版社，2005.1：334.

④ Watson， J.D. and Crick， F.H.， 1953. Molecular structure of nucleic acids. Nature 171：737-738.

⑤ Rich， A.， Nordheim， A. and Wang， A.H.， 1984. The chemistry and biology of left-handed Z-DNA. Annu Rev Biochem 53：791-846.

⑥ Gerald Karp， Cell and Molecular Biology concepts and Experiments， Third Edition，John Wiley & Sons，Inc.