研究显示DNA在压力下避免缠结并形成有序螺旋

DNA在压力下不会打结。一项新研究发现它会卷曲成“超螺旋”结构，这重塑了基因组力学模型。

数十年来，科学家一直认为处于应力下的DNA链会形成结节，缠绕成混乱形状。但剑桥大学领导的新研究表明：在压力作用下，DNA会卷曲成名为"超螺旋"的有序弹簧状结构。这一发现重塑了关于遗传物质力学的长期假设。

突破源于使用纳米孔的实验 —— 这种微小孔道仅能容纳单条DNA链通过。研究人员将DNA置于碱性盐溶液中，通过电压和流体驱动使其穿过纳米孔。这些力使DNA发生旋转，产生足以扭转分子的强扭矩。

从结节到螺旋

在过往实验中，DNA通过纳米孔时观察到的不规则电流信号曾被解读为链内形成结节。但深入分析显示，这些结构实则为超螺旋 —— DNA反复自我环绕形成的紧密有序螺旋。这种结构差异至关重要：结节不规则且难以解开，而螺旋可以可预测的方式卷绕与展开。认识到DNA倾向于螺旋化而非打结，能更清晰揭示其在扭转力下的行为机制。

这一发现对生物学与技术具有广泛意义。活细胞内的DNA常经历扭转应力，无论是细胞核内染色体的压缩，还是切割、扭转与重组DNA链的酶作用。若DNA在这些情境中形成超螺旋，该结构可能影响基因的读取、复制或调控方式。

重新认识压力下的DNA

该研究对快速发展的基因组解码技术"纳米孔测序"同样重要。DNA螺旋产生的电流扰动信号与结节存在差异，理解这种区别有助于提升测序技术精度 —— 这对医学诊断和研究日益关键。

研究还重构了科学家对DNA力学韧性的认知：DNA在扭转时并非变得不稳定，而是形成有序结构，使其能以可控方式吸收和释放能量。这挑战了将DNA视作易打结绳子的传统类比，转而呈现其作为能储存扭转应力的弹簧特性。

下一步，研究人员将探究类似螺旋行为是否在细胞内自然发生，及其在转录、复制和染色体组织等关键过程中的作用。理解这些动力学机制或为基因组调控和细胞机械应力管理带来新见解。

该研究印证了分子生物学的核心原则：结构与功能深度交织。通过揭示DNA在压力下选择有序螺旋而非混乱打结，科学家对生命最基本分子有了更准确认知，证明应力作用下的DNA始终倾向于秩序而非混沌。

这项新研究已发表于《物理评论X》期刊。

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