人体内的许多细胞功效由一种称为液-液相疏散（LLPS）液滴的生物液滴控制。这些液滴由柔软的生物质料组成，保存于活细胞中，但不像大大都细胞结构那样被膜包裹。因此，LLPS液滴能够迅速顺应细胞的需求，它们可以移动、破碎，并改变其结构或内容。这种无邪性关于多种细胞功效至关主要，好比核仁中的核糖体RNA（rRNA）转录，以及质料在流体状和凝胶状状态之间的转化和细胞内化学反应的调控。
受到这些特征的启发，科学家们研发了合成LLPS液滴以模拟其生物对应物。只管控制合成液滴运动和破碎的能力取得了很大希望，但准确掌控这些历程的时机仍是一个难题。
最近揭晓在《自然通讯》（Nature Communications）上的一项研究中，来自日本东京工业大学的研究职员宣布了一项重大突破。他们开发了一种准确控制合成DNA液滴破碎时间的要领，这种液滴用来模拟生物LLPS液滴。他们通过设计一个时间延迟回路来实现这一点，其中液滴的破碎是通过抑制RNA和一种酶（RNase H）组合调控的。
研究的主要作者 Masahiro Takinoue 教授诠释道：“我们通过团结化学反应来展示基于DNA液滴的人工细胞的时间控制破碎动态，这些化学反应体现出瞬时非平衡松懈历程，最终实现了人工细胞破碎路径的控制。”
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图片信息：该要领展示了一种化学调理 DNA 液滴动力学的新要领，可以推进人工细胞的研究
在他们的要领中，DNA液滴是由Y形DNA纳米结构通过六分支DNA毗连子毗连在一起的。特定DNA序列可以切断这些毗连子来启动破碎。早先，破碎触发序列与单链RNA团结，这些分子被称为RNA抑制剂。引入RNase H这种酶降解这些抑制剂，释放出破碎触发序列，从而切断DNA毗连子并提倡液滴破碎。
“这些反应在切断DNA毗连子时爆发了时间延迟，从而能够准确控制DNA液滴破碎的时间，”泷野诠释道。
图片信息：通过化学反应控制人工细胞破碎时间的看法示意图。
研究职员在一个由三种Y形DNA纳米结构和两个毗连子组成的三元混淆C·A·B液滴系统中，乐成实现了路径控制破碎。通过抑制和控制破碎触发序列的释放，他们建设了两条差别的破碎路径：路径1中，C·A·B液滴首先破碎为C液滴，然后是A·B液滴；路径2中，C·A·B液滴首先破碎为B液滴，然后是C·A液滴。
这种路径控制随后被应用于一种分子盘算元件——较量器，它用于较量作为抑制RNA使用的微RNA浓度。该较量器使用RNA浓度的差别来判断接纳哪条破碎路径，从而提供了一种定量较量RNA水平的要领。
虽然这项研究中的化学反应显示出了潜力，但它们是暂时的，尚未能像细胞系统那样维持恒久非平衡状态。为了开发稳固和可一连的非平衡系统，研究职员指出需要举行能够一连供应能量的化学反应。只管云云，该研究为进一步探索合成液滴动态控制提供了主要的基础。
Takinoue说：“我们信托这项手艺为创立具有更重大功效的人工细胞和分子机械人开发了新的战略，例如准确控制的自我复制、物质传输和丈量。”
杂志：Nature Communications
DOI：10.1038/s41467-024-51299-5
