客分子在DNA液滴中驾驭完美波动——合成生物学领域重大突破

通常情况下，分子通过简单扩散分布在液体中。例如，将蓝色染料加入一杯水中，染料会逐渐在液体中扩散，形成柔和模糊的颜色梯度。然而，在DNA液滴中观测到的客体分子行为截然不同。"这些分子以结构化且受控的方式移动，这与传统模型相悖，其表现形式看似分子波或移动边界，"领导该研究项目的约翰内斯古腾堡大学(JGU)化学系Andreas Walther教授解释道。

研究团队使用由数千条独立DNA链组成的液滴——这种结构也被称为生物分子凝聚体。特别值得关注的是，借助DNA结构和其他参数（如盐浓度）可精确调控液滴特性。此外，这些液滴在生物细胞中存在对应物，细胞能够利用类似凝聚体来安排复杂的生化过程而无需依赖膜结构。"我们合成的液滴因此成为绝佳模型系统，可用于模拟自然过程并深化理解，"Chen强调道。研究人员向液滴中引入了特殊设计的'客体'DNA链，这些链能特异性识别液滴内部结构并与之结合。据团队称，他们首次观测到的客体分子奇特运动现象，部分归因于添加的DNA与液滴内DNA基于钥匙锁原理的结合方式。这导致周围物质密度降低且不再固定原位，从而在局部形成膨胀的动态状态。Chen补充道："在化学键合、物质转换和可编程DNA相互作用的驱动下，边界清晰的高浓度前沿随时间线性推进。这在软物质领域是完全崭新的现象。"

理解细胞过程的新基础

这些发现不仅有助于深化软物质物理学认知，更能提升对细胞内化学过程的理解。"这可能是拼图中缺失的一块，当所有碎片拼合时将揭示细胞如何在分子层面调控信号和组织过程，"Walther阐述道。这对于神经退行性疾病的治疗也具有重要意义——该类疾病中蛋白质会从细胞核迁移至细胞质形成凝聚体。随着凝聚体老化，它们会从动态转变为更稳定的状态并形成有问题的原纤维。"借助我们的新发现，很有可能找到影响这些老化进程的方法，长远来看或可催生神经退行性疾病的全新治疗途径，"Walther总结道。