客体分子搭乘完美波形穿越DNA液滴——合成生物学重大突破

通常情况下，分子通过简单扩散在液体中分布。例如，将蓝色染料加入一杯水中时，染料会在液体中逐渐扩散，形成柔和的模糊色彩梯度。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，其表现形式类似于分子波或移动边界，"主导该研究项目的约翰内斯·古腾堡大学化学系Andreas Walther教授解释说。

研究团队使用由数千条独立DNA链组成的液滴（这种结构也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，此类液滴在生物细胞中存在对应物——细胞无需借助膜结构即可通过类似凝聚体协调复杂生化过程。"我们的人造液滴因此成为模拟自然过程的理想模型系统，有助于深化对其的理解，"Chen强调道。研究人员将特殊设计的'客体'DNA链引入液滴，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特殊运动模式，部分源于添加的DNA与液滴内DNA基于钥匙-锁原理的结合方式。这导致周围物质密度降低且不再固定原位，从而局部形成溶胀的动态状态。Chen补充说明："由化学键合、物质转化和可编程DNA相互作用驱动，这条边界清晰、高浓度的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

这些发现不仅深化了对软物质物理特性的理解，更有助于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拼图中缺失的关键一块，"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体，随时间推移会从动态转变为稳定态并形成致病的原纤维。"完全有可能基于新发现找到影响这些老化进程的方法，长远来看或将开辟神经退行性疾病的全新治疗途径，"Walther总结道。