本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
生物世界正在变得越来越小。当细菌首次被发现时，它们只不过是一团团，显微镜玻璃片下小的、有趣的形状。更强大的显微镜和更精细的技术的发展开始揭示一个全新的微观世界。
如今，微生物学家探索的世界比第一代微生物学家所能梦想的还要详细。我们甚至可以进入细菌内部，看到细胞的内部运作以及其中奇妙的机器。细胞可以被视为一个微型的机械工厂，蛋白质形成门控通道、产生能量的转子马达和穿梭的转运蛋白。这些微小的纳米机器在细胞内部完美地工作，在那里，诸如液体粘度和粒子随机运动之类的力变得至关重要。
那么在细胞内部可以找到哪些纳米机器呢？其中两个最有趣的纳米机器是ATP合酶蛋白和转运系统，例如肌球蛋白（肌球蛋白存在于人类细胞中，而不是细菌细胞中，但更容易解释。细菌使用类似的系统）。ATP合酶是一个非常重要的分子，因为它产生ATP，ATP是细胞的能量货币。它的工作原理类似于转子；质子流过细菌膜会导致分子的膜间部分旋转，使分子的顶部与静止的定子摩擦，从而引起构象变化，并大量产生ATP。
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虽然ATP合酶是一个圆形转子，但肌球蛋白转运蛋白作为线性马达工作，在细胞内运输蛋白质。肌球蛋白是一种小的球状蛋白质，带有两只小脚，可以沿着长长的肌动蛋白链以离散的步长移动。这些肌动蛋白链像铁轨一样遍布整个细胞，但与铁轨不同的是，它们可以随时拆卸和重组，以允许肌球蛋白将蛋白质拖到任何它们想去的地方。此外，肌动蛋白链具有方向性，由于它们的结构，肌球蛋白只会沿着它们朝一个方向移动。
由于这些都是完美工作的小型纳米机器，一个有趣的问题是工程师是否可以在细胞外部使用它们。将ATP合酶连接到固体表面并添加ATP会使马达反向运转（而不是从组成部分形成ATP，而是分解您给它的ATP），但仍然会导致分子旋转。将一条长的荧光链连接到它上面会产生一个可见的旋转螺旋桨（参见参考文献2）。虽然这个实验最初用于展示ATP合酶的工作原理，但它也具有作为纳米机器内部微型螺旋桨的潜力。
肌球蛋白更令人兴奋，因为已经进行了几项实验来探索在人造纳米机器中使用肌球蛋白的可能性。像微型卡车一样，肌球蛋白可以被设计成携带DNA和蛋白质片段，甚至无机物质，如金纳米线。使用马达蛋白来操纵金纳米颗粒和纳米线可以构建非常小而精确的电路（参考文献3）。
目前，这些使用细菌机器的实验仅仅是概念验证，旨在检验生物纳米机器的潜在用途，而没有开发出完整的工作系统。然而，不仅生物世界正在变得越来越小，物理世界也是如此，随着工程师开始设计越来越小的设备，能够使用细菌制造的机器可能非常实用和有用。
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参考文献 1 = van den Heuvel, M., & Dekker, C. (2007). 电机蛋白在纳米技术中的应用 《科学》，317 (5836), 333-336 DOI: 10.1126/science.1139570
参考文献 2 = Itoh, H., Takahashi, A., Adachi, K., Noji, H., Yasuda, R., Yoshida, M., & Kinosita, K. (2004). F1-ATPase机械驱动的ATP合成 《自然》，427 (6973), 465-468 DOI: 10.1038/nature02212
参考文献 3 = van den Heuvel MG, Butcher CT, Smeets RM, Diez S, & Dekker C (2005). 微管运动在驱动蛋白涂层金纳米结构上的高整流效率。 《纳米快报》，5 (6), 1117-22 PMID: 15943453