Дослідники виявили раніше невідомий тип молекулярного руху всередині крапель ДНК, що потенційно може революціонізувати наше розуміння клітинних процесів і прокласти шлях для передових біоматеріалів. Це відкриття може призвести до значних досягнень у медицині та матеріалознавстві.
Вчені з Університету Йоганнеса Гутенберга в Майнці, Інституту Макса Планка з дослідження полімерів та Університету Техасу в Остіні спостерігали, що молекули-гості, потрапляючи в краплі, зроблені з полімерів ДНК, не дифундують випадковим чином. Натомість вони рухаються через краплі в упорядкованому порядку, утворюючи різкий, хвилеподібний фронт. «Це абсолютно несподівана поведінка», - пояснює Вейсян Чен з кафедри хімії JGU. Їхні результати були опубліковані в журналі Nature Nanotechnology.
У класичній моделі дифузії молекули в рідинах поширюються поступово. Наприклад, коли крапля синього барвника додається у воду, колір повільно розсіюється. Однак молекули-гості в краплях ДНК поводяться інакше. За словами професора доктора Андреаса Вальтера з кафедри хімії JGU, «Молекули рухаються структуровано та контрольовано, що суперечить класичним моделям, нагадуючи молекулярну хвилю або рухому межу».
Дослідницька група використовувала краплі, зроблені з тисяч окремих ниток ДНК, також відомих як біомолекулярні конденсати. Унікальною особливістю цих крапель є те, що їхні властивості можна точно регулювати, використовуючи структуру ДНК та такі параметри, як концентрація солі. Ці краплі також мають значення в біологічних клітинах, які використовують подібні конденсати для організації складної біохімії без мембран. Чен стверджує: «Таким чином, наші синтетичні краплі утворюють чудову модельну систему для імітації та кращого розуміння природних процесів». Дослідники ввели спеціально розроблені «гостьові» нитки ДНК у краплі ДНК, які могли специфічно розпізнавати та зв’язуватися з внутрішньою частиною крапель. Новий рух молекул-гостей пояснюється принципом ключа та замка, де додана ДНК та ДНК, присутня в краплі, зв’язуються одна з одною. Це створює динамічний стан, що є абсолютно новим явищем у м’яких матеріалах, за словами Чена.
Ці відкриття важливі не лише для розуміння фізики м’яких матеріалів, але й для хімічних процесів у клітинах. Вальтер припускає: «Вони можуть бути однією з відсутніх частин головоломки у розумінні того, як клітини регулюють сигнали та організовують молекулярні події». Це особливо цікаво для лікування нейродегенеративних захворювань, коли білки мігрують з ядер клітин у цитоплазму та утворюють конденсати. З віком вони переходять від динамічного до більш твердого стану, утворюючи проблемні фібрили. Вальтер робить висновок: «Принаймні можна припустити, що на ці процеси старіння можна впливати за допомогою наших відкриттів, що відкриє зовсім інший варіант лікування нейродегенеративних захворювань у довгостроковій перспективі».