Naukowcy odkryli wcześniej nieznany rodzaj ruchu molekularnego w kroplach DNA, co potencjalnie rewolucjonizuje nasze zrozumienie procesów komórkowych i toruje drogę do zaawansowanych biomateriałów. Odkrycie to może prowadzić do znaczących postępów w medycynie i nauce o materiałach.
Naukowcy z Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Moguncji, Instytutu Maxa Plancka Badań nad Polimerami oraz Uniwersytetu Teksasu w Austin zaobserwowali, że cząsteczki gości, wchodząc do kropelek z polimerów DNA, nie dyfundują losowo. Zamiast tego poruszają się przez kropelki w uporządkowany sposób, tworząc ostry, falisty front. „To całkowicie nieoczekiwane zachowanie” – wyjaśnia Weixiang Chen z Wydziału Chemii JGU. Ich odkrycia zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Nanotechnology.
W klasycznym modelu dyfuzji cząsteczki w cieczach rozprzestrzeniają się stopniowo. Na przykład, gdy kropla niebieskiego barwnika zostanie dodana do wody, kolor powoli się rozprasza. Jednak cząsteczki gości w kroplach DNA zachowują się inaczej. Według profesora dr. Andreasa Walthera z Wydziału Chemii JGU, „Cząsteczki poruszają się w sposób uporządkowany i kontrolowany, który przeczy klasycznym modelom, przypominając falę molekularną lub ruchomą granicę”.
Zespół badawczy wykorzystał kropelki wykonane z tysięcy pojedynczych nici DNA, znanych również jako kondensaty biomolekularne. Unikalną cechą tych kropelek jest to, że ich właściwości można precyzyjnie regulować za pomocą struktury DNA i parametrów takich jak stężenie soli. Kropelki te mają również znaczenie w komórkach biologicznych, które wykorzystują podobne kondensaty do organizowania złożonej biochemii bez błon. Chen stwierdza: „Nasze syntetyczne kropelki stanowią zatem doskonały system modelowy do naśladowania i lepszego zrozumienia procesów naturalnych”. Naukowcy wprowadzili specjalnie zaprojektowane „gościnne” nici DNA do kropelek DNA, które mogły specyficznie rozpoznawać i wiązać się z wnętrzem kropelek. Nowatorski ruch cząsteczek gości jest przypisywany zasadzie klucza i zamka, gdzie dodane DNA i DNA obecne w kropelce wiążą się ze sobą. Tworzy to stan dynamiczny, co jest całkowicie nowym zjawiskiem w materiałach miękkich, według Chena.
Odkrycia te są ważne nie tylko dla zrozumienia fizyki miękkich materiałów, ale także dla procesów chemicznych w komórkach. Walther sugeruje: „Mogą być jednym z brakujących elementów układanki w zrozumieniu, w jaki sposób komórki regulują sygnały i organizują zdarzenia molekularne”. Jest to szczególnie interesujące w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, w których białka migrują z jąder komórkowych do cytoplazmy i tworzą kondensaty. Wraz z wiekiem przechodzą one ze stanu dynamicznego do bardziej stałego, tworząc problematyczne włókna. Walther podsumowuje: „Można przynajmniej wyobrazić sobie, że na te procesy starzenia można wpłynąć za pomocą naszych odkryć, co otworzyłoby zupełnie inną opcję leczenia chorób neurodegeneracyjnych w perspektywie długoterminowej”.