Исследователи обнаружили ранее неизвестный тип молекулярного движения внутри капель ДНК, что потенциально может революционизировать наше понимание клеточных процессов и проложить путь для создания передовых биоматериалов. Это открытие может привести к значительным достижениям в медицине и материаловедении.
Ученые из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце, Института Макса Планка по исследованию полимеров и Техасского университета в Остине наблюдали, что гостевые молекулы, попадая в капли, состоящие из полимеров ДНК, не диффундируют случайным образом. Вместо этого они перемещаются через капли упорядоченным образом, образуя четкий волнообразный фронт. «Это совершенно неожиданное поведение», — объясняет Вэйсян Чен из химического факультета JGU. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
В классической модели диффузии молекулы в жидкостях распространяются постепенно. Например, когда в воду добавляют каплю синего красителя, цвет медленно рассеивается. Однако гостевые молекулы в каплях ДНК ведут себя по-другому. По словам профессора доктора Андреаса Вальтера с химического факультета JGU, «Молекулы движутся структурированным и контролируемым образом, что противоречит классическим моделям, напоминая молекулярную волну или движущуюся границу».
Исследовательская группа использовала капли, состоящие из тысяч отдельных нитей ДНК, также известных как биомолекулярные конденсаты. Уникальной особенностью этих капель является то, что их свойства можно точно настроить, используя структуру ДНК и такие параметры, как концентрация соли. Эти капли также имеют отношение к биологическим клеткам, которые используют аналогичные конденсаты для организации сложной биохимии без мембран. Чен заявляет: «Таким образом, наши синтетические капли образуют отличную модельную систему для имитации и лучшего понимания природных процессов». Исследователи ввели специально разработанные «гостевые» нити ДНК в капли ДНК, которые могли специфически распознавать и связываться с внутренней частью капель. Новое движение гостевых молекул приписывается принципу «ключ-замок», когда добавленная ДНК и ДНК, присутствующая в капле, связываются друг с другом. Это создает динамическое состояние, которое, по словам Чена, является совершенно новым явлением в мягких материалах.
Эти открытия важны не только для понимания физики мягких материалов, но и для химических процессов в клетках. Вальтер предполагает: «Они могут быть одним из недостающих кусочков головоломки в понимании того, как клетки регулируют сигналы и организуют молекулярные события». Это особенно интересно для лечения нейродегенеративных заболеваний, при которых белки мигрируют из клеточных ядер в цитоплазму и образуют конденсаты. С возрастом они переходят из динамического состояния в более твердое, образуя проблемные фибриллы. Вальтер заключает: «По крайней мере, можно представить, что на эти процессы старения можно повлиять с помощью наших открытий, что откроет совершенно другую возможность лечения нейродегенеративных заболеваний в долгосрочной перспективе».