客体分子在DNA液滴中实现完美律动——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，如果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液滴中观察到的客体分子行为截然不同。"分子的运动呈现出一种结构化和受控的方式，这与传统模型相反，其表现形式看似分子波或移动边界，"该项目负责人、JGU化学系的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。特别值得关注的是，借助DNA结构和其他参数（如盐浓度），可以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，细胞能够利用类似的凝聚体来安排复杂的生化过程而无需膜结构。"因此，我们合成的液滴是模拟自然过程并深入理解它们的绝佳模型系统，"Chen强调道。研究人员向液滴中引入了特殊设计的'客体'DNA链，这些链能够特异性识别液滴的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引人入胜的运动，部分归因于添加的DNA与液滴中现有DNA基于锁钥原理的结合方式。这意味着周围材料密度降低且不再固定位置，从而局部形成溶胀的动态状态。Chen补充道："在化学键合、物质转化和可编程DNA相互作用的驱动下，这个界限清晰、高度浓缩的前沿随时间推移以线性方式持续向前推进。这在软物质领域是全新的现象。"

理解细胞过程的新基础

这些发现不仅有助于深化对软物质物理学的理解，也提升了我们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——此类疾病中蛋白质会从细胞核迁移至细胞质并形成凝聚体。随着凝聚体老化，它们会从动态状态转变为更稳定的状态，并形成有害的原纤维。"可以预见的是，借助我们的新发现，我们或许能找到影响这些老化过程的方法，从长远来看，可能催生治疗神经退行性疾病的全新途径，"Walther总结道。