客体分子驾驭DNA液滴中的完美波形——合成生物学重大突破

分子通常通过简单扩散在液体中分布。例如，将蓝色染料加入一杯水中时，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。"这些分子以结构化且受控的方式运动，与传统模型相悖，其表现形式类似于分子波或移动边界，" 领导该研究项目的美因茨大学化学系Andreas Walther教授解释道。

研究团队使用由数千条独立DNA链组成的液滴（这种结构亦称为生物分子凝聚体）。特别值得关注的是，这些液滴的特性可通过DNA结构及盐浓度等参数精准调控。此外，此类液滴在生物细胞中存在对应物——细胞无需依赖膜结构，就能利用类似凝聚体来组织复杂生化过程。"我们的人工液滴因此成为模拟自然过程并深化理解的理想模型系统，"Chen强调道。研究人员向液滴中引入了特殊设计的"客体"DNA链，这些链能特异性识别液滴内部结构并与之结合。团队指出，首次观测到的客体分子奇特运动部分源于添加的DNA与液滴中DNA基于钥匙与锁原理的结合方式。这导致周围材料密度降低且不再固定，从而在局部形成膨胀的动态状态。Chen补充道："由化学键合、物质转换和可编程DNA相互作用驱动，这个边界清晰、高度浓缩的前锋随时间呈线性持续推进。这在软物质领域完全属于全新现象。"

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，更能提升对细胞内化学过程的认知。"这可能是揭示细胞如何在分子层面调控信号和组织过程的关键拼图之一，"Walther表示。该发现对神经退行性疾病的治疗也具重要意义——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，它们会从动态转变为更稳定状态并形成致病的纤维束。"我们完全有望基于这些新发现找到影响老化过程的途径，从而为神经退行性疾病开辟全新的治疗思路，"Walther总结道。