DNA纳米管环研究团队开发出人造细胞的重要组成部分

在细胞分裂过程中，细胞赤道周围形成一个环，该环收缩将细胞分成两个子细胞。多特蒙德工业大学物理系教授JanKierfeld和LukasWeise与来自海德堡、德累斯顿、图宾根和哈佛大学的研究人员合作，首次利用DNA纳米技术成功合成了这样的收缩环，并揭示了其收缩机制。该成果已发表在《自然通讯》上。

在合成生物学中，研究人员试图在体外重建生命的关键机制，例如细胞分裂。目的是能够合成最小的细胞。海德堡大学KerstinGöpfrich教授领导的研究小组现已利用由DNA纳米管组成的聚合物环合成复制了用于细胞分裂的收缩环。

收缩和分隔分裂细胞的环的形成是自然细胞分裂的重要步骤。在自然界中，这是通过蛋白质机制实现的：由ATP水解产生的化学能提供动力的运动蛋白将蛋白质肌动蛋白的细丝环拉在一起。三磷酸腺苷(ATP)是一种存在于所有活细胞中的分子，为许多细胞过程提供能量。

研究人员开发的DNA环收缩机制不再依赖于ATP水解驱动的运动蛋白。相反，环段之间的分子吸引力可以引发聚合物环的收缩。

这种分子吸引力可以通过两种方式引起：通过具有两个“粘性”末端的交联分子来连接两个聚合物片段，或者通过耗尽相互作用，其中聚合物被“拥挤”分子包围，将片段压在一起。该机制不消耗化学能，这意味着无需在合成细胞中加入任何能源即可使该机制发挥作用。

理论物理学教授JanKierfeld教授和博士研究员LukasWeise正在生物物理学领域工作。作为研究工作的一部分，他们开发了收缩机制的理论描述和分子动力学模拟，这与其研究伙伴的实验结果相匹配。

为此，他们设计了特殊的方法来模拟真实规模的DNA环。理论和模拟使得定量解释聚合物环如何形成和收缩成为可能。

“这意味着我们不仅能够预测‘拥挤’分子浓度的增加将使环变小，而且还能预测变小多少，”基菲尔德教授说。通过这种方式，可以确定如何精确控制DNA环的直径，这对于未来收缩环在合成生物学中的应用具有重要意义。

细胞分裂机制是迈向人造细胞的重要一步，其构建有助于更好地理解天然细胞的功能机制，从而更好地理解生命的基础。