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      DNA在芯片上占主導(dǎo)地位
      
			
      
				2019-01-17 10:49:09
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      通常，遺傳物質(zhì)的各個(gè)分子相互排斥。然而，當(dāng)空間有限時(shí)，DNA分子必須更緊密地包裝在一起。這種情況出現(xiàn)在精子，細(xì)胞核和病毒的蛋白質(zhì)殼中。一個(gè)國際物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已成功地在生物芯片上人工重建這種所謂的DNA縮合。
      

      DNA在芯片上占主導(dǎo)地位
      

      在細(xì)胞中重建重要的生物過程以更好地理解它們是研究的一個(gè)主要課題?，F(xiàn)在，慕尼黑工業(yè)大學(xué)和雷霍沃特的魏茲曼研究所的物理學(xué)家們首次成功地在生物芯片上進(jìn)行了受控的，所謂的DNA縮合。只要DNA分子緊密堆積在狹窄的空間中，例如在限制可用體積的情況下，該過程就會(huì)發(fā)揮作用。
      

      這種情況出現(xiàn)在細(xì)胞核和病毒的蛋白質(zhì)殼中，以及精子細(xì)胞的頭部。從物理角度來看，這種現(xiàn)象也很有意思，因?yàn)樗砹烁鞣N各樣的相變。DNA雙螺旋通常由于它們的負(fù)電荷而彼此排斥，然后緊密地包裝在一起。“在這種濃縮狀態(tài)下，他們采取了近乎結(jié)晶的結(jié)構(gòu)，”共同作者和TU教授Friedrich Simmel說。
      

      納米毛
      

      由齊美爾和他的以色列同事Roy Bar-Ziv領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)設(shè)法將DNA分子僅僅千分之一毫米長(即每個(gè)長數(shù)千對(duì)堿基)緊密地粘合到芯片上不同寬度的納米結(jié)構(gòu)上。結(jié)果看起來好像研究人員在芯片表面上種植了微小的毛發(fā)。
      

      由于它們的負(fù)電荷，DNA分子相互排斥，呈現(xiàn)出微小的納米毛的外觀。當(dāng)研究人員添加一種名為亞精胺的試劑時(shí)，開始凝結(jié)過程，其中分子具有多個(gè)正電荷。以前直立的DNA線程一個(gè)接一個(gè)地折疊，系統(tǒng)地落到下一個(gè)線程的精細(xì)結(jié)構(gòu)上。
      

      這就像納米尺度的多米諾級(jí)聯(lián)。結(jié)果是緊密的DNA分子層，密集地堆積在細(xì)胞核中。所有DNA分子沿預(yù)定路徑下降。“這是一個(gè)非常戲劇化的過程，”齊美爾說。“DNA立即被捆綁在一個(gè)方向上。”
      

      縮合和去濃縮，即DNA鏈的重新拆包，在基因表達(dá)等過程中起著重要作用。例如，當(dāng)DNA分子密集包裝時(shí)，無法讀取其中編碼的信息。
      

      來自DNA芯片的新見解
      

      因此，研究人員有了進(jìn)一步的構(gòu)建模塊，用于在芯片表面創(chuàng)建人工細(xì)胞并研究所有相關(guān)現(xiàn)象。“在芯片上實(shí)現(xiàn)密集堆積DNA的類細(xì)胞系統(tǒng)是非常合理的，”西梅爾說。然后DNA縮合可用于改善基因表達(dá)的控制和這些人工細(xì)胞中遺傳信息的復(fù)制。
      

      原則上，還可以使用密集的DNA分子通過這種生物芯片上的一種導(dǎo)電路徑來中繼和分配信號(hào)和信息。冷凝和去凝結(jié)可以用作具有良好時(shí)間控制的開/關(guān)開關(guān)。
      

      弗里德里希·西梅爾(Friedrich Simmel)不會(huì)是一位充滿激情的研究員，如果他不這樣做，除了技術(shù)應(yīng)用的觀點(diǎn)，他還會(huì)關(guān)注基礎(chǔ)物理學(xué)。“我們還想了解冷凝過程中相變的條件，”齊美爾說。“為此我們?cè)谛酒嫌欣硐氲臈l件。我們可以精確控制冷凝發(fā)生的位置以及需要多長時(shí)間。”
      

      這有點(diǎn)像冷凍箱中的過冷水或啤酒，其中液體從結(jié)晶種子的特定點(diǎn)開始突然凍結(jié)，然后從那里向外擴(kuò)散。唯一的區(qū)別是相變不受溫度控制，而是受帶正電荷分子的濃度控制。該研究由大眾汽車基金會(huì)，德國研究基金會(huì)，慕尼黑卓越集群納米系統(tǒng)計(jì)劃(NIM)，以色列科學(xué)基金會(huì)和Minerva 80基金會(huì)資助。
      
			

			
        
      
			
      
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