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客体分子在DNA液滴中实现精准调控——合成生物学领域重大突破

本站发布时间:2025-07-01 15:45:39
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通常情况下,分子通过简单的扩散作用分布在液体中。例如,将蓝色染料加入一杯水中时,染料会逐渐在液体中分散,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却截然不同。"这些分子以一种结构化和受控的方式运动,这与传统模型相悖,其表现形式似乎是分子波或移动边界,"领导该研究项目的美因茨大学化学系Andreas Walther教授解释道。

研究团队使用了由数千条独立DNA链组成的液滴,这种结构也被称为生物分子凝聚体。特别值得关注的是,借助DNA结构和其他参数(如盐浓度),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——细胞能够利用类似的凝聚体来组织复杂的生化过程,而无需依赖细胞膜。"因此,我们合成的液滴代表了一个优秀的模型系统,可用于模拟自然过程并加深对其的理解,"Chen强调道。研究人员将特殊设计的'客体'DNA链引入液滴中,这些链能够特异性识别液滴的内部结构并与之结合。据团队称,他们首次观测到的客体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-锁原理的结合方式。这导致周围材料密度降低且不再固定原位,从而在局部形成膨胀的动态状态。Chen补充道:"这个界限分明、高度浓缩的前锋在化学结合、物质转化和可编程DNA相互作用的驱动下,随时间线性持续向前推进。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我们更好地理解软物质物理学,也对提升细胞化学过程的认识具有重要意义。"这可能是拼图中缺失的一块,当拼图完成时,将揭示细胞如何在分子水平上调控信号和组织过程,"Walther表示。这对于神经退行性疾病的治疗也具有重要意义,这类疾病中蛋白质会从细胞核迁移至细胞质并形成凝聚体。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。"完全可以设想,借助我们的新发现,我们或许能找到影响这些老化过程的方法。长远来看,这可能会催生治疗神经退行性疾病的全新途径,"Walther总结道。

Story Source:

Materialsprovided byJohannes Gutenberg Universitaet Mainz.Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Weixiang Chen, Brigitta Dúzs, Pablo G. Argudo, Sebastian V. Bauer, Wei Liu, Avik Samanta, Sapun H. Parekh, Mischa Bonn, Andreas Walther.Ballistic diffusion fronts in biomolecular condensates.Nature Nanotechnology, 2025; DOI:10.1038/s41565-025-01941-0

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