客体分子在DNA液滴中驾驭完美波浪——合成生物学的重大突破

通常情况下，分子通过简单扩散在液体中分布。例如，若将蓝色染料加入一杯水中，染料会在液体中逐渐扩散，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。"这些分子以违反传统模型的结构化受控方式移动，表现为分子波或移动边界的形式，"领导该研究项目的美因茨大学化学系教授Andreas Walther解释道。

研究团队使用由数千条独立DNA链组成的液滴，这种结构也被称为生物分子凝聚物。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，这类液滴在生物细胞中存在对应物——细胞无需膜结构就能利用类似凝聚物调控复杂生化过程。"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。团队表示，首次观测到的客体分子特殊运动部分源于添加的DNA与液滴内现存DNA通过钥匙-锁原理结合的方式。这导致周围材料密度降低且不再固定位置，从而局部形成膨胀的动态结构。Chen补充说明："在化学结合、物质转换和可编程DNA相互作用的驱动下，边界清晰的高浓度前沿随时间线性推进。这在软物质领域属于全新现象。"

理解细胞过程的新基础

该发现不仅有助于深化软物质物理机制认知，更能增进对细胞内化学过程的理解。"这可能是揭示细胞如何在分子层面调控信号与组织过程的缺失拼图，"Walther表示。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物，随老化过程从动态转为稳定状态并形成致病纤维。"借助新发现影响这些老化过程的可能性确实存在，长远来看可能催生神经退行性疾病的全新疗法，"Walther总结道。