Die Exposition gegenüber Enzymen bewirkt eigentümliche Reaktion in Flüssigkeitströpfchen durch DNA gebildet

Mit Forschungspartner an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München, Deutschland, die Ergebnisse erscheinen Team in den Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Jüngste Fortschritte in der Zellbiologie haben Wissenschaftler aktiviert zu lernen, dass die molekularen Komponenten von lebenden Zellen (wie etwa DNA und Proteinen) aneinander binden können, und Flüssigkeitströpfchen bilden, die Zurichtung in geschüttelten Salat Öltröpfchen ähnlich erscheinen. Diese zellulären Tröpfchen interact mit anderen Komponenten grundlegenden Prozesse auszuführen, die das Leben von entscheidender Bedeutung sind, noch wenig bekannt darüber, wie die Interaktionen funktionieren. Um einen Einblick in diese grundlegenden Prozesse zu gewinnen, die Forscher verwendeten modernen Methoden der Nanotechnologie ein Modellsystem zu konstruieren, ein Flüssigkeitströpfchen aus Teilchen aus DNA gebildet ist, und dann diese Tröpfchen beobachtet, wie sie mit einem DNA-spaltendes Enzym in Wechselwirkung.

Überraschenderweise fanden sie, dass in bestimmten Fällen, das Hinzufügen das Enzym die DNA Tröpfchen verursacht plötzlich beginnen sprudeln, wie kochendes Wasser.

„Die bizarre Sache über die sprudelnde DNA ist, dass wir nicht das System Wärme haben, es ist, als ob ein Topf mit Wasser zu sieden begann, obwohl Sie auf dem Herd zu drehen vergessen“, sagte Projekt Co-Leiter Omar Saleh, eine UC Santa Barbara assistant Professor für Materialien und Biotechnik. Allerdings hat das Sprudeln Verhalten nicht immer auftreten; manchmal die Tropfen gleichmäßig schrumpfen weg verursachen würde Zugabe des Enzyms, und es war unklar, warum eine Antwort oder das andere der Fall wäre.

Um zum Ende dieses Geheimnisses zu bekommen, führte das Team eine Reihe von strengen Präzisionsexperimenten aus der Schrumpfung und sprudelnde Verhaltensweisen zu quantifizieren. Sie identifizierten zwei Arten von Schrumpfungsverhalten: die erste durch Enzyme verursachte die DNA nur an der Tropfenoberfläche schneiden, und die zweite, die durch Enzyme im Inneren der Tröpfchen eindringt. „Diese Beobachtung war entscheidend, das Verhalten zu entwirren, wie es in unseren Köpfen die Idee setzen, dass das Enzym in den Tröpfchen knabbern weg von innen beginnen könnte“, sagte Co-Leader Tim Liedl, Professor an der LMU, wo die Experimente waren geführt.

Durch den Vergleich die Tröpfchen Reaktion auf das DNA-Partikel-Design, rissigen das Team den Fall: sie, dass Sprudel und Durchdringung basierte Schrumpfung aufgetreten zusammen gefunden, und nur geschehen, wenn die DNA-Partikel leicht zusammen gebunden waren, während stark gebundener DNA-Partikel, die das Enzym halten würde draußen. Als Saleh stellte fest: „Es ist wie durch eine Menschenmenge zu gehen versucht, wenn die Menge dicht ist Hände halten, würden Sie nicht in der Lage sein, durchzukommen.“

Die Blasen, dann passieren, nur in den leicht gebundenen Systemen, wenn das Enzym durch die überfüllten DNA Partikel auf das Innere des Tröpfchens erhalten kann, und beginnen bei dem Tröpfchen von innen nach fressen. Die chemischen Fragmente durch das Enzym führt zu einer osmotischen Wirkung geschaffen, bei dem Wasser von außen gezogen wird, was zu einem Anschwellen Phänomen, dass die Blasen erzeugt. Die Blasen wachsen, erreichen die Tropfenoberfläche und dann freigeben, die Fragmente in einem Spuckartigen gasförmigen Ausbruch. „Es ist ganz zu sehen auffällig, wie die Blasen anschwellen und Pop immer und immer“, sagte Liedl.

Die Arbeit zeigt eine komplexe Beziehung zwischen den Grundmaterialeigenschaften einer biomolekularen Flüssigkeit und ihren Wechselwirkungen mit externen Komponenten. Das Team glaubt, dass die Erkenntnisse aus der Untersuchung den sprudelnden Prozesses gewonnen werden sowohl bessere Modelle von Lebensprozessen und verbesserte Fähigkeiten für synthetische Bioreaktoren Verwendung von Flüssigkeitströpfchen zu konstruieren führen.

Die Forschung wurde durch eine Auszeichnung zu Saleh von der Alexander von Humboldt-Stiftung, die es ihm ermöglichte München und arbeiten direkt mit Liedl an diesem Projekt zu besuchen. „Diese Arten von internationalen Kooperationen äußerst produktiv sind“, sagte Saleh.

Quelle: University of California - Santa Barbara. "Exposure to enzymes causes peculiar response in liquid droplets formed by DNA." ScienceDaily. ScienceDaily, 28 July 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200728130830.htm>.