客体分子在DNA液滴中实现完美波动——合成生物学领域的重大突破

分子通常通过简单扩散分布在液体中。例如，将蓝色染料加入一杯水中，染料会在液体中逐渐分散，形成柔和模糊的色彩渐变。然而，在DNA液滴中观察到的客体分子行为截然不同。"分子以结构化且受控的方式运动，这与传统模型相悖，表现为分子波或移动边界的形式，"领导该研究项目的约翰内斯古腾堡大学（JGU）化学系Andreas Walther教授解释道。

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，可以精确调控液滴的性质。此外，这类液滴在生物细胞中存在对应物，细胞能够利用类似凝聚物来组织复杂的生化过程而无需膜结构。"因此我们的人工液滴是绝佳的模型系统，可用于模拟自然过程并深化理解，"Chen强调道。研究人员向液滴中引入了特制的'客体'DNA链，这些链能特异性识别液滴内部结构并与之结合。据团队称，首次观测到的客体分子的有趣运动，部分归因于添加的DNA与液滴中原有DNA依照钥匙-锁原理结合的方式。这导致周围物质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："在化学键合、物质转化和可编程DNA相互作用的驱动下，界限分明的高浓度前沿随时间线性推进。这为软物质领域带来了全新认知。"

理解细胞过程的新基础

这些发现不仅有助于深化软物质物理学的理解，还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阐述。该发现对神经退行性疾病的治疗也具有意义——这类疾病中蛋白质会从细胞核迁移至细胞质形成凝聚物。随着时间推移，这些凝聚物会从动态转变为更稳定状态并形成有害原纤维。"完全有理由相信，凭借新发现我们可能找到影响这些衰老进程的方法，从而为神经退行性疾病治疗开辟全新途径，"Walther总结道。