对于一个年轻的科研工作者来说，他可以在一年多的时间里连续成为顶级期刊的第一作者Angew、Sicence、Nature Nanotechnology 发表学术论文并接受Nature Chemistry个人采访，已经是人生的巅峰。但牛津大学博士后Yujia Qing(图1)她的化学梦想才刚刚开始，发表在Sicence上面的文章只是为这个梦想做了一个初步的开篇和铺垫。
这是一个超级测序梦，足以改变未来。2019年12月，来自世界顶尖的年轻科学家在捷克科学院举行的梦想化学奖比赛中展开了激烈的竞争。他们解释了他们在化学和交叉学科领域的远见和潜力，这将对未来世界产生积极的变化。最终，Yujia Qing以测序生命为题的研究方案获得第一名，并获得2019年梦想化学奖(图2)。
为什么这个梦想会受到许多著名科学家组成的评委的青睐？众所周知，DNA富含重要生命信息的生物聚合物RNA、蛋白质、多糖等一系列生物聚合物也富含生命信息。虽然经过几十年的快速发展和更新，现代生物测序技术主要体现在DNA、RNA测序的进步。由于未来生物医学的需足未来生物医学的需求，因为DNA、RNA蛋白质和多糖还没有完成生活的所有故事，还有一些重要的故事。所以，Yujia Qing希望设计开发能包括生命体DNA、RNA、所有生物聚合物，包括蛋白质和多糖，都是同时测序的超级测序仪。如果实现这一梦想，我们对生物信息的理解将上升到一个新的水平，这是生物医学发展的革命性突破。
2018年，Yujia Qing 在Science上面发表了一篇文章Directional control of a processive molecular hopper。阐述了纳米级分子送料斗的定向可控、连续运行（molecular hopper）。
在DNA在复制过程中，DNA聚合酶可以连续整合成千上万的核苷酸，各种分子电机，如驱动蛋白和动力蛋白，也可以沿着微管移动数百步。因此，可持续性是生物分子机设计的核心问题。多年来，科学家们一直在努力设计分子机正持续定向运动并实施物质处理功能的分子机器。对于超级测序仪来说，这种分子机是一个非常重要的配件，它就像一辆微型卡车，可以装载DNA通过定向运动参与测序等生物聚合物。为此，Yujia Qing该团队开发了一种沿蛋白轨道运行的单足运输料斗，具有很强的可持续性（图3）。
运料斗的方向由外部电位控制，轨道在蛋白质中铺设-a-溶血素（aHL）在纳米孔中，轨道枕木由一系列面向b-半胱氨酸位点由折叠桶内腔组成。每三个参与运料斗前进的硫原子以近线性结构排列SN2反应。运料斗通过硫醇-二硫化物交换反应定向运行。装载的货物（DNA）受b-折叠桶内的电场力牵引前进。整个机制阻止了分子机的后退和跨步，运料斗未发现脱轨。料斗的脚倾向于前进化反应，导致化学定向和独立运行，不需要化学燃料(图4)。
上述研究表明，运料斗运动受电压控制，具有定向性和连续性。然后他们设计实验+150 mV在不同轨道条件下，对携带寡核苷酸的分子运料斗进行实时监测和分析。结果表明，他们的系统可以完全控制料斗的方向，并创建93min在内半胱氨酸轨道上前进249步的新纪录。这是一个伟大的成就，因为以前合成的小分子步行机从来没有向前走过10步。即使是野生运动蛋白，通常也只有75到175步(图5)。
他们的研究还发现，虽然电位不是运料斗前进的唯一驱动力，但它正在拉伸DNA在促进硫原子参与前进反应方面发挥着关键作用。如果每三个参与硫原子的共线性排列不利，料斗有脱轨的风险。料斗系统具有辨别核酸中碱基的潜力，这是精确测序所需的能力。在纳米孔内保持共价键并转移DNA货物为纳米装置牵引核酸的测序提供了潜在的化学方法。概念验证是在本实验中进行的。
对于Yujia Qing在开发纳米超级测序仪的道路上，这只是一个开始。目前，他们已经能够使用设计分子运输料斗DNA单个核苷酸和氨基酸水平苷酸和氨基酸。相信在不久的将来，Yujia Qing在这个化学梦想中乘风破浪，取得惊人的成就。
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