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最高分辨率图像显示DNA分子活性惊人

来源：科技日报 2021-02-22 08:41:25

科技日报北京2月21日电（记者冯卫东）据《自然·通讯》日前报道，英国研究人员拍摄了有史以来最高分辨率的单个DNA（脱氧核糖核酸）分子图像，揭示了DNA在细胞内塞满并扭曲时可能具有令人惊讶的活性。这项新研究或有助于加速新基因疗法的发展。

科学家以前使用显微镜观察DNA及其扭曲的梯状构型，但这些仅限于分子的静态视野。科学家无法看到的是，强烈的DNA卷曲如何影响其双螺旋结构。通过将原子力显微镜与分子动力学计算机模拟相结合，英国谢菲尔德大学、利兹大学和约克大学组成的联合研究小组绘制和观察了DNA单链中每个单个原子的运动和位置。研究人员拍摄的视频以前所未有的细节展示了当DNA挤在细胞内部时，施加于其上的应力和应变如何改变其形状。

每个人类细胞都含有两米长的DNA，为了适应我们的细胞，它已经进化为扭曲、转动和卷曲结构。这意味着环状DNA在基因组中无处不在，其扭曲结构与对应的松弛结构相比显示出更多的动态行为。

研究小组研究了DNA微圆环，该分子的两端连接在一起形成一个环。处于松弛位置（即无扭曲）的DNA微圆环的显微图像显示出很少的运动，当给DNA加倍的扭曲时，它突然变得更加动态，可以看出其采用了一些非常奇特的“舞蹈”动作。这些动态的行为可能会在帮助DNA找到结合伴侣并促进生长方面起到重要的作用。

以前的研究表明，DNA微圆环是健康和衰老的潜在指标，并且可以作为疾病的早期标记。由于DNA微圆环可以扭曲和弯曲，因此它们也可以变得非常紧凑。研究人员表示，能够如此详细地研究扭曲和紧缩的DNA微圆环如何挤入细胞，或将导致开发出全新的医学干预措施，包括改进基于DNA的诊断和治疗方法。

总编辑圈点

上世纪50年代，沃森和克里克合作发现DNA双螺旋结构的分子模型，该研究成果标志着分子生物学的诞生，因此也被誉为20世纪以来生物学领域最伟大的发现之一。此后几十年中，对于DNA分子的研究日益深入，分子遗传学、分子免疫学等细分领域逐渐发展起来。最新研究对DNA分子的认知又深入推进一步，使科学家可以凭借更高的分辨率了解DNA的神奇特性。