科技日报北京1月21日电 （记者张梦然）量子生物学迈入人工设计实用化新阶段。据发表于最新一期《自然》杂志的研究，英国牛津大学团队成功制备出一类由量子驱动的蛋白质。这是一种生物分子磁敏感荧光蛋白（MFP），能与磁场和无线电波相互作用，其特性正源于蛋白质内部的量子力学效应。
磁敏感荧光蛋白可在蓝光LED激发下被激活，并发出不同颜色（绿色）的荧光。图片来源：英国牛津大学
以往研究曾揭示，量子效应在某些生物过程中发挥关键作用，例如鸟类的磁感应导航。而这是首次通过人工设计，将其转化为一系列具有实用价值的新型技术。这意味着人类从单纯观察自然界的量子现象，迈向了主动利用并改造这些现象以服务于实际应用的阶段。
研究团队首先开发出一种原型成像仪器，能够利用类似磁共振成像（MRI）的原理，对经过人工改造的蛋白质进行体内定位。与常规MRI不同，该系统可以追踪生物体内具体分子或基因表达的变化。这项能力对靶向药物递送、跟踪肿瘤内部遗传变化等医学难题具有重要意义。
接着，为制备这类蛋白质，团队采用了一种称为“定向进化”的生物工程方法：首先向编码该蛋白的DNA序列中引入随机突变，产生成千上万个性质各异的变体，从中筛选出性能较好的突变体，并多次重复这一过程。最终，经过多轮筛选与进化，所得蛋白质对磁场的敏感度显著提高。
这项突破依赖于工程生物学、量子物理与人工智能等多学科的深度融合。论文第一作者、工程科学系博士生加布里埃尔·亚伯拉罕斯表示：“这是一项令人兴奋的发现。人类尚无法从零开始设计出高性能的生物量子传感器，但通过细致引导细菌的进化过程，大自然为我们指明了一条可行的道路。”
这项研究也体现出从科学发现到技术突破的路径往往难以预测。研究团队对磁敏感荧光蛋白内部量子过程的理解，离不开多年来对鸟类地磁导航机理的研究积累。同时，研究实现了跨学科协作的愿景，使多项技术得以在同一实验室中同步推进。
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