在細(xì)胞分裂過程中，細(xì)胞赤道周圍形成一個環(huán)，該環(huán)收縮將細(xì)胞分成兩個子細(xì)胞。多特蒙德工業(yè)大學(xué)物理系教授 Jan Kierfeld 和 Lukas Weise 與來自海德堡、德累斯頓、圖賓根和哈佛大學(xué)的研究人員合作，首次利用 DNA 納米技術(shù)成功合成了這樣的收縮環(huán)，并揭示了其收縮機(jī)制。該成果已發(fā)表在《自然通訊》上。
在合成生物學(xué)中，研究人員試圖在體外重建生命的關(guān)鍵機(jī)制，例如細(xì)胞分裂。目的是能夠合成最小的細(xì)胞。海德堡大學(xué) Kerstin Göpfrich 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)已利用由 DNA 納米管組成的聚合物環(huán)合成復(fù)制了用于細(xì)胞分裂的收縮環(huán)。
收縮和分隔分裂細(xì)胞的環(huán)的形成是自然細(xì)胞分裂的重要步驟。在自然界中，這是通過蛋白質(zhì)機(jī)制實現(xiàn)的：由 ATP 水解產(chǎn)生的化學(xué)能提供動力的運動蛋白將蛋白質(zhì)肌動蛋白的細(xì)絲環(huán)拉在一起。三磷酸腺苷(ATP)是一種存在于所有活細(xì)胞中的分子，為許多細(xì)胞過程提供能量。
研究人員開發(fā)的 DNA 環(huán)收縮機(jī)制不再依賴于 ATP 水解驅(qū)動的運動蛋白。相反，環(huán)段之間的分子吸引力可以引發(fā)聚合物環(huán)的收縮。
這種分子吸引力可以通過兩種方式引起：通過具有兩個“粘性”末端的交聯(lián)分子來連接兩個聚合物片段，或者通過耗盡相互作用，其中聚合物被“擁擠”分子包圍，將片段壓在一起。該機(jī)制不消耗化學(xué)能，這意味著無需在合成細(xì)胞中加入任何能源即可使該機(jī)制發(fā)揮作用。
理論物理學(xué)教授 Jan Kierfeld 教授和博士研究員 Lukas Weise 正在生物物理學(xué)領(lǐng)域工作。作為研究工作的一部分，他們開發(fā)了收縮機(jī)制的理論描述和分子動力學(xué)模擬，這與其研究伙伴的實驗結(jié)果相匹配。
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