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微型“结实验室”可以帮助解开DNA之谜

发布时间:2019-02-06 07:06:00来源:未知点击:

作者:Anil Ananthaswamy第一个微观结是在液晶内部产生的这个微型“结实验室”可以帮助数学家研究结理论的复杂性,甚至帮助我们理解DNA是如何解开的虽然结可能会让人想起水手和童子军的形象​​,但它们的复杂性可能会给整个科学带来问题,从更深奥的数学到生物学例如,生物学家知道酶可以解开双链DNA,从而可以产生蛋白质斯洛文尼亚卢布尔雅那的JožefStefan研究所的UrošTkalec说:“但实际上这仍然不太清楚”为了了解它们是否能够产生微观结,他和他的同事转向了笔记本电脑和电视中使用的液晶这些材料像流体一样流动,但它们的组成分子在同一方向上排列,更像固体晶体研究人员将大约4.72微米的二氧化硅颗粒添加到液晶中,并将混合物夹在两块玻璃板之间每种二氧化硅颗粒涂有表面活性剂,使其表面疏水这破坏了晶体高度有序的结构 - 任何与二氧化硅颗粒相邻的液晶分子自身垂直于颗粒的曲面排列,这些“无序”分子在表面周围形成三维土星环 “它像粒子周围的黑色环一样可见,”Tkalec说当团队用激光捕获环并将它们靠近在一起时,它们立即连接起来,围绕两个颗粒形成一个更大的扭曲环类似的事情发生在三个粒子上通过将扭曲环的正确组合接触,这些阵列可以被制成unknot然后重新结,形成不仅扭曲而且交织在一起的环通过使用称为Reidemeister移动的一系列动作,定义了一个结如何变成另一个等效结,团队确定了一系列众所周知的结,从简单的Hopf链接(两个互锁循环)到Star of David to Borromean戒指(见图) “[有16个颗粒]你可以实现多达80个拓扑结构不同的结构,”Tkalec说费城宾夕法尼亚大学液晶专家Randall Kamien说:“[这项工作]开启了实验结理论的可能性”他想象机器人机器操纵液晶内的环形阵列 “原则上,你可以制作一个10000节的网格,并以数据密集的方式研究它们,”他说除了探索更深奥的结理论之外,还有一些实际的应用,例如,用于理解DNA打结 “我们没有其他系统可以在微观尺度上控制结的形成 [现在],你可以完全控制任意微观节点和链接的重新配置,“Tkalec说该技术也可能导致一种新的生物标志物如果生物学家想要研究一种特定的蛋白质,他们通常会用标记分子“标记”它,这种分子会将自身与蛋白质结合,从而改变其特性但是如果你在一个可以在显微镜下跟踪的蛋白质周围创建一个生物标记材料环呢 “想象一下,将小东西或示踪剂绑在大分子上,”卡米恩说 “这是一种拓扑结合,而非化学结合”期刊参考:科学,DOI:10.1126 / science.1205705更多关于这些主题: