DNA在壓力下不會(huì)打結(jié)。一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)它會(huì)卷曲成“超螺旋”結(jié)構(gòu)，這重塑了基因組力學(xué)模型。

數(shù)十年來，科學(xué)家一直認(rèn)為處于應(yīng)力下的DNA鏈會(huì)形成結(jié)節(jié)，纏繞成混亂形狀。但劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的新研究表明：在壓力作用下，DNA會(huì)卷曲成名為"超螺旋"的有序彈簧狀結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)重塑了關(guān)于遺傳物質(zhì)力學(xué)的長(zhǎng)期假設(shè)。

突破源于使用納米孔的實(shí)驗(yàn) —— 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(qū)動(dòng)使其穿過納米孔。這些力使DNA發(fā)生旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生足以扭轉(zhuǎn)分子的強(qiáng)扭矩。

從結(jié)節(jié)到螺旋

在過往實(shí)驗(yàn)中，DNA通過納米孔時(shí)觀察到的不規(guī)則電流信號(hào)曾被解讀為鏈內(nèi)形成結(jié)節(jié)。但深入分析顯示，這些結(jié)構(gòu)實(shí)則為超螺旋 —— DNA反復(fù)自我環(huán)繞形成的緊密有序螺旋。這種結(jié)構(gòu)差異至關(guān)重要：結(jié)節(jié)不規(guī)則且難以解開，而螺旋可以可預(yù)測(cè)的方式卷繞與展開。認(rèn)識(shí)到DNA傾向于螺旋化而非打結(jié)，能更清晰揭示其在扭轉(zhuǎn)力下的行為機(jī)制。

這一發(fā)現(xiàn)對(duì)生物學(xué)與技術(shù)具有廣泛意義?；罴?xì)胞內(nèi)的DNA常經(jīng)歷扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，無論是細(xì)胞核內(nèi)染色體的壓縮，還是切割、扭轉(zhuǎn)與重組DNA鏈的酶作用。若DNA在這些情境中形成超螺旋，該結(jié)構(gòu)可能影響基因的讀取、復(fù)制或調(diào)控方式。

重新認(rèn)識(shí)壓力下的DNA

該研究對(duì)快速發(fā)展的基因組解碼技術(shù)"納米孔測(cè)序"同樣重要。DNA螺旋產(chǎn)生的電流擾動(dòng)信號(hào)與結(jié)節(jié)存在差異，理解這種區(qū)別有助于提升測(cè)序技術(shù)精度 —— 這對(duì)醫(yī)學(xué)診斷和研究日益關(guān)鍵。

研究還重構(gòu)了科學(xué)家對(duì)DNA力學(xué)韌性的認(rèn)知：DNA在扭轉(zhuǎn)時(shí)并非變得不穩(wěn)定，而是形成有序結(jié)構(gòu)，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(jié)繩子的傳統(tǒng)類比，轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)其作為能儲(chǔ)存扭轉(zhuǎn)應(yīng)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(xì)胞內(nèi)自然發(fā)生，及其在轉(zhuǎn)錄、復(fù)制和染色體組織等關(guān)鍵過程中的作用。理解這些動(dòng)力學(xué)機(jī)制或?yàn)榛蚪M調(diào)控和細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力管理帶來新見解。

該研究印證了分子生物學(xué)的核心原則：結(jié)構(gòu)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(jié)，科學(xué)家對(duì)生命最基本分子有了更準(zhǔn)確認(rèn)知，證明應(yīng)力作用下的DNA始終傾向于秩序而非混沌。

這項(xiàng)新研究已發(fā)表于《物理評(píng)論X》期刊。

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