科学家们捕捉到了第一部详细的“分子电影”，展示了DNA在原子级别上的解旋过程——揭示了细胞如何开始复制其遗传物质的关键过程。
科学家们在莱斯特大学捕捉到了第一部详细的“分子电影”，展示了DNA在原子级别上的解旋过程——揭示了细胞如何开始复制其遗传物质的关键过程。
这一突破性发现已发表在《自然》杂志上，可能具有深远的影响，帮助我们理解某些病毒和癌症如何复制。
通过使用尖端的冷冻电子显微镜，科学家团队能够在解开DNA的过程中可视化一种解旋酶（自然的DNA解旋机器）。DNA解旋酶在DNA复制过程中至关重要，因为它们将双链DNA分开成单链，从而允许每条链被复制。
莱斯特大学结构与化学生物学研究所的塔哈·沙希德博士（论文的主要作者）表示：“我们记录了多个快照，展示了这种分子马达是如何系统地分离DNA双螺旋的。这就像一个分子尺度的拉链在工作，尽管科学家们早已知道细胞需要解开DNA以进行复制，但我们从未能准确看到这一过程是如何发生的。”
“现在我们可以按时刻观看整个过程的展开，揭示生命最基本过程之一的精确机制。”
研究人员发现，解旋酶并不是通过之前认为的蛮力工作，而是通过优雅的机制运作，利用细胞燃料（ATP）作为精确的触发剂。
它的功能就像一个六活塞的分子引擎——每个活塞依次“发射”，推动机器沿着DNA前进。关键是，它并不是直接将链分开，而是释放积聚的张力——就像放开一个压缩的弹簧——让DNA自然解开。
沙希德博士说：“这种‘熵开关’机制在根本上与我们认为的分子马达的工作方式不同。我们还解决了一个长期以来的谜团，即细胞如何协调双向DNA复制，发现两个解旋酶机器在特定的DNA位点协同工作，建立了‘复制叉’，允许同时高效地复制两条链。”
这项研究是莱斯特大学与沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）之间的国际合作，KAUST提供了核心资金，而莱斯特大学结构与化学生物学研究所的中部地区冷冻电子显微镜设施提供了必要的基础设施。
沙希德博士继续说：“我们发现的解旋机制似乎在病毒到人类之间是进化上保守的，为理解所有生命领域的DNA复制提供了一个普遍的蓝图。从医学的角度来看，许多病毒——包括天花病毒、乳头瘤病毒（可能导致某些癌症）和多瘤病毒——依赖于类似的解旋机器进行复制。我们详细的结构洞察可以指导开发精确靶向的抗病毒疗法，破坏病毒复制而不损伤人类细胞。”
来自KAUST和莱斯特大学的高级作者阿尔弗雷多·德·比亚西奥博士补充道：“这项工作在我们对生命分子机器的理解方面代表了重大进展。通过将结构生物学与复杂的计算方法结合，我们能够揭示这个分子机器不仅是什么样子，还揭示了它的实际工作方式。”
“自然进化出了一种极其高效的纳米级机器——解旋酶——理解其工作原理可能激发出合成分子设备的设计，利用类似的原理进行技术应用。”
莱斯特大学结构与化学生物学研究所的约翰·施瓦贝教授（冷冻电子显微镜设施的创始人）补充道：“这是我们的领先设施为揭示支撑生命的关键基本机制所作贡献的又一个例子。”
