客体分子搭乘DNA液滴的完美波动——合成生物学的重大突破

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，研究人员观察到客体分子的行为截然不同。"这些分子以结构化且受控的方式运动，这与传统模型相悖，其表现形式看起来像是分子波或移动边界，"领导该研究项目的美因茨大学化学系Andreas Walther教授解释道。

研究团队使用了由数千条独立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结构和其他参数（如盐浓度）可以精确调控这些液滴的特性。此外，这些液滴在生物细胞中存在对应物——细胞能够利用类似的凝聚体来安排复杂的生化过程而不需要膜结构。"我们的人工液滴因此成为了优秀的模型系统，可以用来模拟自然过程并更好地理解它们，"Chen强调道。研究人员在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。团队表示，他们首次发现的客体分子这种有趣运动，部分归因于添加的DNA与液滴中现有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补充说："这个界限分明、高浓度的前沿在化学键合、物质转换和可编程DNA相互作用的驱动下，会随时间线性推进。这在软物质领域完全是前所未有的。"

理解细胞过程的新基础

这些发现不仅有助于我们更好地理解软物质物理特性，也能提升对细胞内化学过程的认识。"这可能是拼图中缺失的一块，当拼图完整时，将向我们揭示细胞如何在分子水平上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，这类疾病中蛋白质会从细胞核迁移到细胞质并形成凝聚体。随着时间推移，这些凝聚体会从动态状态转变为更稳定的状态，并形成有害的原纤维。"完全可以设想，借助我们的新发现，未来可能找到影响这些老化过程的方法，从而为神经退行性疾病的治疗开辟全新途径，"Walther总结道。