DNA纳米管环：研究团队开发人工细胞的重要构建块

在细胞分裂过程中，细胞赤道周围形成一个环，环收缩将细胞分裂为两个子细胞。与海德堡、德累斯顿、Tü；宾根和哈佛大学，多特蒙德大学物理系的Jan Kierfeld教授和Lukas Weise首次成功地在DNA纳米技术的帮助下合成了这种可收缩环，并揭示了其收缩机制。研究结果已发表在《自然通讯》上

在合成生物学中，研究人员试图在体外重建生命的关键机制，如细胞分裂。目的是能够合成最小的细胞。海德堡大学的Kerstin Göpfrich教授领导的研究团队现在已经使用由DNA纳米管组成的聚合物环合成复制了用于细胞分裂的收缩环

收缩和分离分裂细胞的环的形成是细胞自然分裂的重要步骤。在自然界中，这是通过蛋白质机制实现的：由ATP水解产生的化学能驱动的运动蛋白将蛋白质肌动蛋白的细丝环拉在一起。三磷酸腺苷，或称ATP，是一种存在于所有活细胞中的分子，为许多细胞过程提供能量

研究人员开发的DNA环的收缩机制不再依赖于由ATP水解提供动力的运动蛋白。相反，环段之间的分子吸引力可以引发聚合物环的收缩

这种分子吸引可以通过两种方式诱导：要么通过具有两个“粘性”末端的交联分子来连接两个聚合物链段，要么通过耗尽相互作用，其中聚合物被将链段压在一起的“拥挤”分子包围。这种机制不消耗化学能，这意味着该机制不需要在合成细胞中加入能量源即可发挥作用

Jan Kierfeld教授、理论物理教授和博士研究人员Lukas Weise正在生物物理领域工作。作为研究工作的一部分，他们开发了收缩机制的理论描述和分子动力学模拟，与研究伙伴的实验结果相匹配

为此，他们设计了在现实尺度上模拟DNA环的特殊方法。理论和模拟使定量解释聚合物环是如何形成和收缩的成为可能

Kierfeld教授说：“这意味着我们不仅能够预测‘crowder’分子浓度的增加会使环变小，而且能够预测环变小的程度。”。通过这种方式，可以确定如何精确控制DNA环的直径，这对可收缩环在合成生物学中的未来应用具有非常重要的意义

细胞分裂机制是迈向人工细胞的重要一步，人工细胞的构建有助于更好地理解自然细胞的功能机制，从而更好地理解生命的基础