客体分子精准搭乘液态DNA波动——合成生物学重大突破

分子通常通过简单扩散分布在液体中。例如，将蓝色染料加入一杯水后，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液滴中观察到的客体分子行为却截然不同。"分子以结构化和受控的方式运动，这与传统模型相悖，表现为分子波或移动边界的形式，"领导该研究项目的美因茨大学化学系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。特别值得注意的是，借助DNA结构及其他参数（如盐浓度）可精确调控液滴的性质。此外，这些液滴在生物细胞中存在对应物，细胞无需膜结构就能利用类似凝聚体来组织复杂的生化过程。"因此我们合成的液滴是绝佳的模型系统，可借此模拟自然过程并加深理解，"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这种有趣运动，部分源于添加的DNA与液滴中现存DNA基于钥匙锁原理的结合方式。这使得周围材料密度降低且不再固定位置，从而在局部形成膨胀的动态状态。Chen补充道："由化学键合、物质转化和可编程DNA相互作用驱动，这个边界清晰、高度浓缩的前沿随时间线性推进。这在软物质领域是前所未有的现象。"

理解细胞过程的新基础

这些发现不仅有助于深化对软物质物理特性的理解，还能增进对细胞内化学过程的认识。"这可能是拼图中缺失的关键部分，最终将揭示细胞如何在分子层面调控信号和组织过程，"Walther表示。这对神经退行性疾病的治疗也具有重要意义——此类疾病中蛋白质从细胞核迁移至细胞质形成凝聚体。随着凝聚体老化，它们会从动态状态转变为更稳定的状态，并形成有问题的原纤维。"完全有理由相信，借助我们的新发现可能找到影响这些老化进程的方法，长远来看或可催生治疗神经退行性疾病的全新途径，"Walther总结道。