Исследователи обнаружили новую форму молекулярного движения, ранее не наблюдавшуюся. Когда так называемые «гостевые молекулы» — молекулы, которые размещаются внутри молекулы-хозяина, — проникают в капли ДНК-полимеров, они распространяются через них не хаотично, а в виде чётко определённой фронтальной волны. В команду исследователей входят учёные из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU), Института Макса Планка по исследованию полимеров и Техасского университета в Остине.
«Это эффект, которого мы совсем не ожидали», — отмечает Вейсян Чен из химического факультета JGU, сыгравший важную роль в открытии. Результаты исследовательской группы [опубликованы](https://www.nature.com/articles/s41565-025-01941-0) в журнале Nature Nanotechnology.
Новые открытия не только фундаментальны для нашего понимания того, как клетки регулируют сигналы, но и могут способствовать разработке интеллектуальных биоматериалов, инновационных типов мембран, программируемых носителей активных ингредиентов и синтетических клеточных систем, способных имитировать организационную сложность процессов в живых организмах.
Обычно молекулы распределяются по жидкостям посредством простой диффузии. Например, если добавить в стакан воды синий краситель, краситель постепенно распределяется в жидкости, образуя мягкие размытые цветовые градиенты. Однако наблюдаемое поведение гостевых молекул в каплях ДНК отличается.
«Молекулы движутся структурированно и контролируемо, что противоречит традиционным моделям, и это принимает форму волны молекул или подвижной границы», — объясняет профессор Андреас Вальтер с химического факультета JGU, возглавлявший исследовательский проект.
Исследовательская группа использовала капли, состоящие из тысяч отдельных нитей ДНК, структуры, также известные как биомолекулярные конденсаты. Особое внимание в этой связи привлекает тот факт, что свойства капель можно точно определить с помощью ДНК-структур и других параметров, таких как концентрация солей.
Более того, эти капли имеют свои аналоги в биологических клетках, которые могут использовать подобные конденсаты для организации сложных биохимических процессов без необходимости в мембранах.
«Наши синтетические капли представляют собой отличную модельную систему, с помощью которой мы можем моделировать и лучше понимать природные процессы», — подчёркивает Чен. В свои капли исследователи ввели специально разработанные «гостевые» нити ДНК, которые способны специфически распознавать внутреннюю структуру капель и связываться с ними.
По словам команды, интригующее движение гостевых молекул, которое они впервые обнаружили, частично объясняется тем, как добавленная ДНК и ДНК, присутствующая в каплях, объединяются по принципу «ключ-замок». Это означает, что окружающий материал становится менее плотным и больше не фиксируется на месте, так что локально развиваются набухшие динамические состояния.
Чен добавляет: «Хорошо очерченная, высококонцентрированная граница продолжает линейно двигаться вперёд с течением времени, приводимая в движение химическим связыванием, преобразованием материала и программируемыми взаимодействиями ДНК. Это совершенно новое явление в области мягких материалов».
Результаты не только помогают лучше понять физику мягких материалов, но и улучшают наши знания о химических процессах, происходящих в клетках. «Это может быть одним из недостающих кусочков головоломки, который, будучи собранным, покажет нам, как клетки регулируют сигналы и организуют процессы на молекулярном уровне», — утверждает Вальтер.
Это также может быть интересно в контексте лечения нейродегенеративных заболеваний, при которых белки мигрируют из ядер клеток в цитоплазму, образуя там конденсаты. С возрастом они переходят из динамического в более стабильное состояние и формируют проблемные фибриллы.
«Вполне возможно, что мы сможем найти способ влиять на эти процессы старения с помощью наших новых знаний, чтобы в долгосрочной перспективе появился совершенно новый подход к лечению нейродегенеративных заболеваний», — заключает Вальтер.
Предоставлено [Университетом Майнца](https://phys.org/partners/universitaet-mainz/).