DNA在壓力下不會打結。一項新研究發(fā)現(xiàn)它會卷曲成“超螺旋”結構，這重塑了基因組力學模型。

數(shù)十年來，科學家一直認為處于應力下的DNA鏈會形成結節(jié)，纏繞成混亂形狀。但劍橋大學領導的新研究表明：在壓力作用下，DNA會卷曲成名為"超螺旋"的有序彈簧狀結構。這一發(fā)現(xiàn)重塑了關于遺傳物質力學的長期假設。

突破源于使用納米孔的實驗 —— 這種微小孔道僅能容納單條DNA鏈通過。研究人員將DNA置于堿性鹽溶液中，通過電壓和流體驅動使其穿過納米孔。這些力使DNA發(fā)生旋轉，產生足以扭轉分子的強扭矩。

從結節(jié)到螺旋

在過往實驗中，DNA通過納米孔時觀察到的不規(guī)則電流信號曾被解讀為鏈內形成結節(jié)。但深入分析顯示，這些結構實則為超螺旋 —— DNA反復自我環(huán)繞形成的緊密有序螺旋。這種結構差異至關重要：結節(jié)不規(guī)則且難以解開，而螺旋可以可預測的方式卷繞與展開。認識到DNA傾向于螺旋化而非打結，能更清晰揭示其在扭轉力下的行為機制。

這一發(fā)現(xiàn)對生物學與技術具有廣泛意義?；罴毎麅鹊腄NA常經歷扭轉應力，無論是細胞核內染色體的壓縮，還是切割、扭轉與重組DNA鏈的酶作用。若DNA在這些情境中形成超螺旋，該結構可能影響基因的讀取、復制或調控方式。

重新認識壓力下的DNA

該研究對快速發(fā)展的基因組解碼技術"納米孔測序"同樣重要。DNA螺旋產生的電流擾動信號與結節(jié)存在差異，理解這種區(qū)別有助于提升測序技術精度 —— 這對醫(yī)學診斷和研究日益關鍵。

研究還重構了科學家對DNA力學韌性的認知：DNA在扭轉時并非變得不穩(wěn)定，而是形成有序結構，使其能以可控方式吸收和釋放能量。這挑戰(zhàn)了將DNA視作易打結繩子的傳統(tǒng)類比，轉而呈現(xiàn)其作為能儲存扭轉應力的彈簧特性。

下一步，研究人員將探究類似螺旋行為是否在細胞內自然發(fā)生，及其在轉錄、復制和染色體組織等關鍵過程中的作用。理解這些動力學機制或為基因組調控和細胞機械應力管理帶來新見解。

該研究印證了分子生物學的核心原則：結構與功能深度交織。通過揭示DNA在壓力下選擇有序螺旋而非混亂打結，科學家對生命最基本分子有了更準確認知，證明應力作用下的DNA始終傾向于秩序而非混沌。

這項新研究已發(fā)表于《物理評論X》期刊。

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！