MIT科學家找到解開 DNA 扭結的「鑰匙」，納米測序更偏愛這種「結」

DNA作為經典的多聚長鏈分子，和自然界一切又長又細的物品一樣， 具有自我成結的「特性」。這種DNA扭結也存在於活細胞中，但細胞也自帶特異性的拓撲酶可以「解開」這種打結。近日，MIT團隊藉助DNA分子伸展技術，對 DNA 扭結進行成像觀察，研究者們首次發現了一種生物機制，能決定 DNA 扭結在核酸鏈上的移動或靜止狀態，進而提出了一種新方法，可解開細胞外DNA的扭結。

主要研究者、MIT 化工專業教授 Patrick Doyle 表示：「我們的研究證明了同一個 DNA 分子上的扭結可以從靜止轉變為移動狀態。一旦你改變環境，扭結就停下來；同理也可以讓靜止的扭結重新動起來。」這一發現提供了解開 DNA 扭結的希望，不僅可以幫助研究者們提高某些基因測序技術的精確性，還能促進 DNA 扭結的形成，減慢 DNA 分子通過測序系統時的速度，從而提升測序技術的能力。

多年來 Doyle 與其學生一直致力於高分子扭結的物理學研究。而擁有較大分子量的 DNA 在顯微鏡下相對容易觀察，再加上其本來就很容易「打結」的特性，自然成了完美的研究對象之一。

研究團隊先讓 DNA 縮成『小球』，然後將其拉伸開，便會形成許多大結，「繩結」形成後，研究者們利用自行設計的特殊微流體系統對其展開研究。T 形的液體通在分叉兩端加上了不同方向的電場，因此處於交叉口的的 DNA 被均勻的力量拉向「T」形兩臂，使其停留在原地。

MIT 研究團隊發現，改變電場強度可以操作被電場「釘住」的 DNA 分子上的扭結：當電場較弱時，扭結會沿著核酸鏈向末段移動，最後被拉開。

德克薩斯大學奧斯汀分校的化學系教授 Dmitrii Makarov 表示，這項研究首次證明DNA 扭結就像日常中宏觀的繩結一樣能在張力下被固定。此實驗也為分子水平的摩擦力提供了重要啟發，因為我們至今仍對該現象缺乏足夠了解。」

DNA 扭結同樣存在於活細胞中，而細胞也自帶特異性的拓撲酶專治這種打結。該 MIT 團隊由此提出了一種消除胞外 DNA 扭結的簡易方法，對 DNA 分子施加電場，直至扭結自行移至長鏈端頭被解開。

一種名為納米通道圖譜（nanochannel mapping）的 DNA 測序也許能從中受益。該測序技術需要將 DNA 沿著狹窄的管道伸展以測量兩段序列間的距離，可以顯示大規模的基因組改變，如基因拷貝重複、染色體間基因移位等等，然而 DNA 扭結影響了數據的準確性。

另一種 DNA 測序方法——納米孔測序（nanopore sequencing）則更偏愛 DNA 上的「繩結」，因為這可以減慢 DNA 通過測序儀時的速度，反而提高了測序信息的準確性。

當然，這一方法也能應用到其他類型高分子的「解結」中，比如塑料高分子，因為扭結會顯著降低材料強度。

現在研究團隊正在探究與扭結相關的其他現象，包括如何解開更加複雜的打結，以及同一分子中兩個結之間的相互作用等。也許等到研究對象足夠複雜時，我們就有希望去對付那些讓人崩潰的耳機線了。

來源：深科技、全球科技動態

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