解决DNA之谜：“关于冒泡的DNA的怪异事物”

暴露于酶会引起由DNA形成的液滴的特殊反应。新研究解释了其背后的机制。

俗话说：“一个有观察力的锅子永远不会沸腾，”但是，圣塔芭芭拉分校的研究人员观察由DNA形成的液体“锅”却并非如此。实际上，情况恰恰相反。

与德国慕尼黑路德维希·马克西米利安斯大学（LMU）的研究合作伙伴一起，研究小组的发现发表在《美国国家科学院院刊》上。

细胞生物学的最新进展使科学家能够了解到，活细胞的分子成分（例如DNA和蛋白质）可以彼此结合并形成液滴，这些液滴看起来类似于摇匀的沙拉酱中的油滴。这些细胞液滴与其他成分相互作用，以执行对生命至关重要的基本过程，但对相互作用的作用知之甚少。为了深入了解这些基本过程，研究人员使用了现代的纳米技术方法来设计模型系统-由DNA颗粒形成的液滴-然后观察这些液滴与DNA裂解酶的相互作用。

令人惊讶的是，他们发现，在某些情况下，添加酶会导致DNA液滴像沸水一样突然开始冒泡。

“冒泡的DNA令人奇怪的是，我们没有加热系统；项目联合负责人，加州大学圣塔芭芭拉分校材料与生物工程学助理教授奥马尔·萨利赫（Omar Saleh）说，即使您忘了打开火炉，似乎一壶水也开始沸腾了。但是，冒泡行为并不总是会发生；有时添加酶会导致液滴平滑收缩，目前尚不清楚为什么会发生一种反应或另一种反应。

为了弄清这个谜底，团队进行了一系列严格的精密实验，以量化收缩和冒泡行为。他们发现了两种类型的收缩行为：第一类是由于酶仅在液滴表面切割了DNA，第二类是由于酶渗透到液滴内部。LMU的共同负责人蒂姆·利德尔（Tim Liedl）说：“这种观察对于揭示这种行为至关重要，因为它使我们意识到酶可以开始从内部蚕食液滴的想法。”实施。

通过比较液滴对DNA颗粒设计的反应，研究小组发现了这种情况：他们发现起泡和基于渗透的收缩同时发生，并且仅在DNA颗粒轻度结合在一起时发生，而牢固结合的DNA颗粒则保留了酶。在外面。正如萨利赫（Saleh）指出的那样：“这就像试图穿过人群—如果人群紧紧握住手，您将无法通行。”

然后，气泡仅在轻度结合的系统中发生，此时酶可以穿过拥挤的DNA颗粒到达液滴内部，并开始从内部吞噬液滴。酶产生的化学片段导致渗透作用，其中水从外部被吸入，导致产生气泡的溶胀现象。气泡长大，到达液滴表面，然后以类似打的气态爆发形式释放碎片。利德尔说：“令人注目的是，气泡不断膨胀并不断弹出。”

这项工作证明了生物分子液体的基本材料特性与其与外部组分的相互作用之间的复杂关系。该团队认为，从研究起泡过程中获得的见识将不仅可以为生活过程建立更好的模型，还可以增强对用作合成生物反应器的液滴进行工程改造的能力。

亚历山大·冯·洪堡基金会（Alexander von Humboldt Foundation）授予萨利赫（Saleh）的研究使这项研究成为可能，使他得以访问慕尼黑并直接与利德尔（Liedl）合作进行该项目。萨利赫说：“这些类型的国际合作非常有成效。”

参考：Omar A. Saleh，Booung-jin Jeon和Tim Liedl于2020年6月29日在美国国家科学院院刊上发表的论文“在相界附近调节了DNA液滴的酶降解”。
10.1073 / pnas.2001654117