通过创建更真实的DNA环境表现，研究人员发现，链分离可能需要比以前认为的更多的机械力。
通过创建更真实的DNA环境表现，西北大学的研究人员发现，链分离——在双螺旋“休息”之前进行复制或修复的基本过程——可能需要比该领域以前认为的更多的机械力。
大多数研究DNA的生物化学实验室将其隔离在水基溶液中，以便科学家在不与其他分子相互作用的情况下操控DNA。他们还倾向于使用热量来分离链，将DNA加热至超过150华氏度，这是细胞绝对不会自然达到的温度。相比之下，在活细胞中，DNA生活在非常拥挤的环境中，特殊蛋白质附着在DNA上，机械性地解开双螺旋然后将其撬开。
“细胞内部充满了分子，而大多数生物化学实验则非常空旷，”西北大学的约翰·马尔科教授说。“你可以把额外的分子想象成台球。它们不停地撞击DNA双螺旋，阻止其打开。”
马尔科是西北大学文理学院分子生物科学和物理学的教授，他与西北大学的博士后研究员帕斯·德赛共同领导了这项研究。在马尔科的实验室中，他们使用显微磁镊分离DNA，并小心地将其链的两端分别连接到表面和微小的磁性颗粒上，然后进行高科技成像。这项技术已经存在了25年，马尔科是第一批对此进行理论研究并使用它的研究人员之一。
马尔科和德赛撰写的论文不仅识别而且量化了由于拥挤施加的应力，定于6月17日在《生物物理期刊》上发表。
德赛在用于DNA的溶液中引入了三种类型的分子，以模拟蛋白质，并研究甘油、乙二醇和聚乙烯醇之间的相互作用（每种大约与一条DNA双螺旋大小相当，约2到3纳米）。
“我们希望有各种各样的分子，其中一些导致脱水，机械性地使DNA不稳定，其他的则稳定DNA，”德赛说。“这并不完全类同于细胞中的那些东西，但你可以想象，细胞中的其他竞争蛋白会有类似的效果。例如，如果它们在竞争水源，它们将使DNA脱水；如果它们没有竞争水源，它们将拥挤DNA并产生此熵效应。”
虽然这项基础研究“是许多医学进展的基础”，马尔科说，例如深度测序DNA，现在科学家可以在一天内完成整个人类基因组的测序。他还认为，他们的发现可能广泛适用于其他基本生物化学过程。
“如果这影响DNA链的分离，所有与DNA的蛋白质相互作用也将受到影响，”马尔科说。“例如，蛋白质倾向于粘附在DNA的特定位点并控制特定过程——这也将受到拥挤的改变。”
除了进行更多整合多种拥挤因子的实验外，团队希望更接近细胞的真实表现，并从中研究酶与DNA之间的相互作用是如何受到拥挤影响的。
这项工作得到了美国国立卫生研究院的支持（拨款R01-GM105847）以及马萨诸塞大学基因组3D结构与物理中心的分包（根据NIH拨款UM1-HG011536）。
