科學家在瘧疾寄生蟲體內發現微型火箭發動機

致命性瘧疾的病原體——惡性瘧原蟲的每個細胞中，都含有一個充滿微觀鐵晶體的小隔間。當寄生蟲存活時，這些晶體處于持續的運動狀態。它們在有限的空間內旋轉、跳動、碰撞，如同機器中劇烈搖晃的零散硬幣，其運動之快不可預測，以至于標準科學工具都難以追蹤。然而，當寄生蟲死亡時，運動即刻停止。

這些鐵晶體長期以來一直是抗瘧藥物關注的關鍵焦點，但自首次觀察到其異常運動以來，這一現象一直困擾著科學家。“由于這些晶體的運動如此神秘奇特，這幾十年來一直是寄生蟲學的一個盲點。”猶他大學生物化學副教授Paul Sigala表示。

如今，Sigala團隊已揭示這一奇特行為背后的機制。這些晶體的驅動力是一種化學反應，類似于用于為火箭提供動力的反應。這一發現可能為治療瘧疾指明新策略，同時也為設計納米級機器人系統提供思路。該研究成果發表于《美國國家科學院院刊》。

研究人員發現，這些由含鐵化合物血紅素構成的晶體，是通過過氧化氫分解為水和氧氣的反應而被驅動運動的。該反應釋放能量，提供維持晶體運動所需的動力。

這種推進方式在航空航天工程領域廣為人知，過氧化氫被用作發射航天器的燃料，但此前尚未在生物系統中被發現。

過氧化氫在容納晶體的那個小隔間內含量豐富，而寄生蟲自身也會將其作為副產物自然產生。這使得過氧化氫成為一個潛在能量來源的有力候選。實驗證實，即使在寄生蟲體外，僅有過氧化氫就足以使分離出的晶體旋轉。

研究人員認為，這種持續運動可能在幫助寄生蟲維持生命方面發揮著關鍵作用。一種可能的解釋涉及過氧化氫本身，它具有劇毒性。旋轉的晶體可能幫助寄生蟲安全地分解多余的過氧化物，從而降低有害化學反應造成損傷的風險。

據研究人員介紹，這些旋轉晶體代表了生物學中首個已知的自驅動金屬納米顆粒實例。他們推測，自然界中其他地方可能也存在類似的過程。

這一發現可能有助于指導先進微觀機器人的開發。“納米工程自驅動顆粒可用于多種工業和藥物遞送應用，我們認為這些研究結果將帶來潛在的啟示。”Sigala表示。

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2513845122