客体分子搭乘完美波形于DNA液滴——合成生物学重大突破

通常，分子通过简单扩散分布在液体中。例如，如果你在一杯水中加入蓝色染料，染料会逐渐在液体中分散，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的行为却截然不同。“分子以结构化和受控的方式移动，这与传统模型相反，并且表现为分子波或移动边界的形式，”来自JGU化学系的研究项目负责人Andreas Walther教授解释道。

研究团队使用了由数千个独立DNA链组成的液滴，这些结构也被称为生物分子凝聚物。在这方面特别有趣的是，液滴的性质可以借助DNA结构和其他参数（如盐浓度）精确调控。此外，这些液滴在生物细胞中有其同类物，细胞能够利用类似的凝聚物来安排复杂的生物化学过程，而不需要膜。“因此，我们的合成液滴代表了一个优秀的模型系统，我们可以用它来模拟自然过程并更好地理解它们，”Chen强调道。研究人员向他们的液滴中引入了特别设计的‘客体’DNA链，这些链能够特异性识别液滴的内部结构并与它们结合。根据团队的看法，他们首次检测到的客体分子的有趣运动部分归因于添加的DNA和液滴中存在的DNA基于钥匙-锁原则结合的方式。这意味着周围的材料变得不那么密集，不再固定在原位，从而在局部发展出膨胀的动态状态。Chen补充道：“这个定义明确、高度浓缩的前锋随时间线性前进，由化学结合、材料转化和可编程DNA相互作用驱动。这在软物质领域是完全新颖的。”

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的物理，也提高了我们对细胞中发生的化学过程的知识。“这可能是缺失的拼图之一，一旦拼凑起来，它将揭示细胞如何在分子水平上调节信号和组织过程，”Walther陈述道。这在治疗神经退行性疾病方面也具有意义，在这些疾病中，蛋白质从细胞核迁移到细胞质，在那里形成凝聚物。随着这些凝聚物的老化，它们从动态状态转变为更稳定的状态，并形成有问题的纤维。“很有可能，我们能够借助我们的新见解找到影响这些老化过程的方法，从而在长期内，出现一种全新的治疗神经退行性疾病的方法，”Walther总结道。