DNA机制变得冷酷

巴塞尔大学的物理学家团队已经超越了研究生物学的基本结构，因为单独的结构不足以完全理解天然和工程生物分子的功能。这项新研究的研究人员发现了一种新方法，用于检测极低温度下DNA分子在表面上的弹性和结合特性。研究小组今天在Nature Communications上发表的一篇题为“ 喷雾沉积的单链DNA在金上的构象和低温力谱 ”的文章中发表的研究结果- 使用低温力谱和计算机模拟的组合来证明DNA分子表现得像一个小螺旋弹簧链。

DNA不仅是一个受欢迎的研究课题，因为它包含生命蓝图，但它也可用于生产技术应用的微小组件。在称为DNA折纸的过程中，科学家们可以操纵遗传材料，折叠DNA链产生微小的二维和三维结构。这些可以用作例如药物容器，导电管和高灵敏度传感器。

为了能够形成所需的形状，熟悉所用DNA组分的结构，弹性和结合力是很重要的。这些物理参数无法在室温下测量，因为分子始终处于运动状态。然而，在低温下也是如此。在目前的研究中，研究小组首次使用低温力显微镜来表征DNA分子并检查它们的结合力和弹性。

“我们将低温条件下的力谱和计算机模拟相结合，以量化喷涂沉积的单链DNA寡聚体在Au(111)上的粘附和分子内特性，”作者写道。“亚纳米分辨率图像揭示了模拟证实的折叠构象。提升显示测得的刚度的衰减，每0.2-0.3nm的急剧下降与单个核苷酸的连续剥离和分离相关。 在纳米牛顿范围内推导出每拉伸重复单元30-35Nm -1的刚度。“

科学家们只在金表面放置了几纳米长的含有20个胞嘧啶核苷酸的DNA链。在5开尔文的温度下，然后使用原子力显微镜的尖端向上拉DNA链的一端。在这个过程中，钢绞线的各个组件一点一点地从表面上释放出来。这使得物理学家能够记录它们的弹性以及从金表面分离DNA分子所需的力。

“分离的DNA片段越长，DNA片段越柔软，越有弹性，”主要作者，巴塞尔大学科学家RémyPawlak博士解释道。这是因为DNA的各个组分表现得像一个彼此连接的多个螺旋弹簧链。由于测量结果，研究人员能够确定各个DNA组分的弹簧常数。

有趣的是，计算机模拟澄清了DNA与表面不连续分离。这是由于胞嘧啶碱基与金表面DNA骨架之间的键断裂，以及它们在金表面上的突然运动。理论弹性值与实验密切相关，并确认了串联排列的弹簧模型。

总之，这项研究证实，低温力谱非常适合检测低温条件下DNA链的力，弹性和结合特性。

“与低温电子显微镜一样，我们采用低温力谱进行快照，这使我们能够深入了解DNA的特性，”巴塞尔大学实验物理学教授，高级研究员Ernst Meyer博士总结道。“将来，我们还可以利用扫描探针显微镜图像来确定核苷酸序列。”