客体分子在DNA液滴中驾驭完美波形——合成生物学重大突破

通常，分子通过简单扩散分布在液体中。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液滴中观察到的外来分子行为却截然不同。"分子的运动呈现出结构化且受控的模式，完全不同于传统模型，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DNA单链组成的液滴，这种结构也被称为生物分子凝聚体。特别值得注意的是，借助DNA结构和盐浓度等参数可以精确调控液滴的特性。此外，这些液滴在生物细胞中存在对应物——细胞无需细胞膜即可利用类似凝聚体来组织复杂的生化过程。"因此我们的人造液滴构成了极佳模型系统，可用于模拟自然过程并加深对其理解，"Chen强调道。研究人员向液滴中引入了特殊设计的'外来'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，首次观测到的外来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基于钥匙锁钥原理的结合方式。这导致周围物质密度降低且不再固定位置，从而局部形成膨胀的动态状态。Chen补充道："在化学结合、物质转化和可编程DNA相互作用的驱动下，边界清晰的高浓度前沿随时间呈线性持续推进。这在软物质领域是前所未有的现象。"

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特性的理解，更能增进对细胞内化学过程的认识。"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有意义——此类疾病中蛋白质会从细胞核迁移至细胞质形成凝聚体。随着凝聚体老化，它们会从动态状态转变为更稳定的状态，并形成有问题的原纤维。"可以预见，借助我们的新见解，未来或许能找到影响这些老化过程的方法，从而为神经退行性疾病的治疗开辟全新途径，"Walther总结道。