科学家破解了DNA的“机械密码”

　　

       

DNA的机械密码是指DNA的物理性质，这些性质对其作为遗传物质的功能很重要。这些性质包括双螺旋结构、碱基配对的稳定性以及分子的弹性和柔韧性。这些特性允许DNA存储和传递遗传信息，并且它们受到各种因素的影响，如温度、湿度和pH值。       

由英国杜伦大学(Durham University)领导的一个国际研究团队，通过破译DNA的机械密码，揭示了自然界在DNA序列中编码生物信息的以前未知的方式。该团队使用了他们开发的新一代DNA测序技术loop-seq，证明了沿着DNA片段的特定碱基序列决定了分子的局部弯曲性。

通过大量的测量，加上计算分析和机器学习，他们确定了机械代码，即DNA的局部序列和局部变形能力之间的映射。

此外，研究人员发现DNA的机械代码可以通过“甲基化”来修改，甲基化是一种已知的化学修饰，DNA碱基在生物体发育的不同阶段通常都会受到这种化学修饰。甲基化异常与几种癌症有关。甲基化改变机械代码的发现表明，生物发展程序或癌症等疾病可能通过改变机械代码编码的信息来实现它们对细胞的部分影响。

这项研究是由来自美国约翰霍普金斯大学、西班牙巴塞罗那科技学院和西班牙巴塞罗那大学的同事共同完成的。该研究已发表在《Nature Structural and Molecular Biology》杂志上。

该研究的主要作者、英国杜伦大学的Aakash Basu博士说:“DNA是一本包含细胞生存所需指令的书。但这是一种非常特殊的书，你翻页的能力，修复书页上的裂痕，或折叠书页的能力，取决于书页上写的字。这是因为在DNA之书中，这些文字也以某种方式控制着纸张的机械性能。”

他们指出，众所周知，沿着DNA读取、复制、包装和修复存储在碱基序列(As、Ts、Gs和Cs)中的遗传信息通常涉及需要DNA局部机械变形的过程。

研究人员提供的证据表明，在从哺乳动物到细菌的各种生物中，自然和进化都利用了机械密码来局部控制DNA的可变形性，从而反过来控制需要DNA机械变形的关键生物过程。 

研究人员希望这些知识能够指导未来的治疗和生物工程的发展。

参考文献:

Deciphering the mechanical code of the genome and epigenome” by Aakash Basu, Dmitriy G. Bobrovnikov, Basilio Cieza, Juan Pablo Arcon, Zan Qureshi, Modesto Orozco and Taekjip Ha, 5 December 2022, Nature Structural and Molecular Biology.