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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)的各個分子相互排斥。然而，當(dāng)空間有限時，DNA分子必須更緊密地包裝在一起。這種情況出現(xiàn)在精子，細胞核和病毒的蛋白質(zhì)殼中。一個國際物理學(xué)家團隊現(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主要課題。現(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，該過程就會發(fā)揮作用。
        

        這種情況出現(xiàn)在細胞核和病毒的蛋白質(zhì)殼中，以及精子細胞的頭部。從物理角度來看，這種現(xiàn)象也很有意思，因為它代表了各種各樣的相變。DNA雙螺旋通常由于它們的負電荷而彼此排斥，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)的國際團隊設(shè)法將DNA分子僅僅千分之一毫米長(即每個長數(shù)千對堿基)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，開始凝結(jié)過程，其中分子具有多個正電荷。以前直立的DNA線程一個接一個地折疊，系統(tǒng)地落到下一個線程的精細結(jié)構(gòu)上。
        

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

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

        來自DNA芯片的新見解
        

        因此，研究人員有了進一步的構(gòu)建模塊，用于在芯片表面創(chuàng)建人工細胞并研究所有相關(guān)現(xiàn)象。“在芯片上實現(xiàn)密集堆積DNA的類細胞系統(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的控制和這些人工細胞中遺傳信息的復(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和信息。冷凝和去凝結(jié)可以用作具有良好時間控制的開/關(guān)開關(guān)。
        

        弗里德里希·西梅爾(Friedrich Simmel)不會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，他還會關(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。“為此我們在芯片上有理想的條件。我們可以精確控制冷凝發(fā)生的位置以及需要多長時間。”
        

        這有點像冷凍箱中的過冷水或啤酒，其中液體從結(jié)晶種子的特定點開始突然凍結(jié)，然后從那里向外擴散。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，德國研究基金會，慕尼黑卓越集群納米系統(tǒng)計劃(NIM)，以色列科學(xué)基金會和Minerva 80基金會資助。
        
			

			
          
        
			
        
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