物理學家在基因保護層獲突破性發現

研究人員藉助於物理學和一個微小的磁鐵發現端粒DNA的新結構。端粒被許多科學家看作是長壽的關鍵,它們保護基因不受損害,但每次細胞分裂時都會變短一點。如果它們變得太短細胞就會死亡。這一突破性的發現將幫助我們人類了解衰老和疾病。

當聽到提到DNA時物理學通常不是第一個湧入腦海的科學學科。然而來自荷蘭萊頓物理研究所(LION)的John van Noort卻是發現新DNA結構的科學家之一。作為一名生物物理學家,他將物理學的方法用於生物實驗。這也引起了新加坡南洋理工大學生物學家的注意,他們請他幫助研究端粒的DNA結構。

一串珠子

我們身體的每個細胞都含有染色體,這些染色體攜帶的基因決定了我們的特徵(如我們的長相)。在這些染色體的末端是端粒,它們保護染色體不受損害。它們有點像鞋帶兩端的塑料尖。

由於端粒之間的DNA有兩米長,它必須被摺疊以適應一個細胞。這是通過將DNA包裹在蛋白質的包裝上實現的。DNA和蛋白質一起被稱為核糖體。這些被排列成類似於一串珠子的東西,其擁有一個核糖體、一塊自由(或未結合)的DNA、一個核糖體等。

物理學家在基因保護層獲突破性發現

之後這串珠子會摺疊得更厲害。它如何做到這一點則取決於核糖體之間的DNA的長度,也就是這串珠子的長度。摺疊后出現的兩種結構已經為人所知。在其中一個中,兩個相鄰的珠子粘在一起,自由的DNA掛在中間(上圖左)。如果珠子之間的DNA片段較短,那麼相鄰的珠子就不能粘在一起,然後就會形成兩個並排的堆疊(上圖右)。

Van Noort及其同事在他們的研究中發現了另一種端粒結構。在這裡,核糖體之間的距離要近得多,所以在珠子之間不再有任何自由的DNA。這最終形成了一個大的螺旋或螺旋形的DNA。

物理學家在基因保護層獲突破性發現

磁鐵

這個新結構則是通過電子顯微鏡和分子力譜學的結合發現的。後者的技術來自Van Noort的實驗室。在這裡,DNA的一端被連接到一個玻璃載玻片上,一個小磁球被粘在另一端。然後在這個球上面的一組強磁鐵將這串珠子拉開。通過測量將珠子一個個拉開所需的力量則會發現更多關於這串珠子是如何摺疊的。新加坡的研究人員隨後使用電子顯微鏡來更好地了解這一結構。

構造塊

Van Noort表示,結構是分子生物學的聖杯。如果我們知道分子的結構,這將使我們更深入地了解基因是如何開啟和關閉的及細胞中的酶如何處理端粒:如它們如何修復和複製DNA。新端粒結構的發現將提高人們對身體中的構建模塊的理解。而這又將最終幫助我們研究衰老和癌症等疾病並開發出對抗它們的藥物。

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