客分子在DNA液滴中驾乘完美波动——合成生物学突破性进展

通常情况下，分子通过简单扩散作用分布于液体中。例如，将蓝色染料滴入一杯水时，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，表现为分子波或移动边界的形式，"主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，这类结构被称为生物分子凝聚体。特别值得注意的是，借助DNA结构和盐浓度等参数可精确调控液滴特性。此外，这些液滴与生物细胞内的对应物相似，无需细胞膜即可通过类似凝聚体组织复杂生化过程。"我们合成的液滴为模拟自然过程提供了绝佳模型系统，有助于深化对其理解，"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。研究团队表示，首次观测到的客体分子特殊运动部分源于添加DNA与液滴内DNA基于钥匙锁原理的结合方式。这导致周围材料密度降低并脱离固定位置，从而局部形成膨胀的动态状态。Chen补充道："在化学键合、物质转化及可编程DNA相互作用的驱动下，界限分明的高浓度前沿随时间线性推进。这种现象在软物质领域完全前所未见。"

理解细胞过程的新基础

该发现不仅有助于深入理解软物质物理特性，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指出。该发现对神经退行性疾病治疗也具重要意义——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，其从液态动态转变为更稳定的状态并形成有害原纤维。"可以设想，借助新发现我们或许能影响这些老化过程，长远来看可能催生神经退行性疾病的全新疗法，"Walther总结道。