DNA機制變得冷酷
巴塞爾大學(xué)的物理學(xué)家團隊已經(jīng)超越了研究生物學(xué)的基本結(jié)構(gòu),因為單獨的結(jié)構(gòu)不足以完全理解天然和工程生物分子的功能。這項新研究的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新方法,用于檢測極低溫度下DNA分子在表面上的彈性和結(jié)合特性。研究小組今天在Nature Communications上發(fā)表的一篇題為“ 噴霧沉積的單鏈DNA在金上的構(gòu)象和低溫力譜 ”的文章中發(fā)表的研究結(jié)果- 使用低溫力譜和計算機模擬的組合來證明DNA分子表現(xiàn)得像一個小螺旋彈簧鏈。
DNA不僅是一個受歡迎的研究課題,因為它包含生命藍圖,但它也可用于生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用的微小組件。在稱為DNA折紙的過程中,科學(xué)家們可以操縱遺傳材料,折疊DNA鏈產(chǎn)生微小的二維和三維結(jié)構(gòu)。這些可以用作例如藥物容器,導(dǎo)電管和高靈敏度傳感器。
為了能夠形成所需的形狀,熟悉所用DNA組分的結(jié)構(gòu),彈性和結(jié)合力是很重要的。這些物理參數(shù)無法在室溫下測量,因為分子始終處于運動狀態(tài)。然而,在低溫下也是如此。在目前的研究中,研究小組首次使用低溫力顯微鏡來表征DNA分子并檢查它們的結(jié)合力和彈性。
“我們將低溫條件下的力譜和計算機模擬相結(jié)合,以量化噴涂沉積的單鏈DNA寡聚體在Au(111)上的粘附和分子內(nèi)特性,”作者寫道。“亞納米分辨率圖像揭示了模擬證實的折疊構(gòu)象。提升顯示測得的剛度的衰減,每0.2-0.3nm的急劇下降與單個核苷酸的連續(xù)剝離和分離相關(guān)。 在納米牛頓范圍內(nèi)推導(dǎo)出每拉伸重復(fù)單元30-35Nm -1的剛度。“
科學(xué)家們只在金表面放置了幾納米長的含有20個胞嘧啶核苷酸的DNA鏈。在5開爾文的溫度下,然后使用原子力顯微鏡的尖端向上拉DNA鏈的一端。在這個過程中,鋼絞線的各個組件一點一點地從表面上釋放出來。這使得物理學(xué)家能夠記錄它們的彈性以及從金表面分離DNA分子所需的力。
“分離的DNA片段越長,DNA片段越柔軟,越有彈性,”主要作者,巴塞爾大學(xué)科學(xué)家RémyPawlak博士解釋道。這是因為DNA的各個組分表現(xiàn)得像一個彼此連接的多個螺旋彈簧鏈。由于測量結(jié)果,研究人員能夠確定各個DNA組分的彈簧常數(shù)。
有趣的是,計算機模擬澄清了DNA與表面不連續(xù)分離。這是由于胞嘧啶堿基與金表面DNA骨架之間的鍵斷裂,以及它們在金表面上的突然運動。理論彈性值與實驗密切相關(guān),并確認(rèn)了串聯(lián)排列的彈簧模型。
總之,這項研究證實,低溫力譜非常適合檢測低溫條件下DNA鏈的力,彈性和結(jié)合特性。
“與低溫電子顯微鏡一樣,我們采用低溫力譜進行快照,這使我們能夠深入了解DNA的特性,”巴塞爾大學(xué)實驗物理學(xué)教授,高級研究員Ernst Meyer博士總結(jié)道。“將來,我們還可以利用掃描探針顯微鏡圖像來確定核苷酸序列。”
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