断裂键：双螺旋解压缩揭示DNA物理学

准确地重建复杂分子的各个部分是如何结合在一起的，只知道分子是如何扭曲和分解的——这是由SISSA的克里斯蒂安·米凯莱蒂(Cristian Micheletti)领导的研究小组所面临的挑战，最近发表在《物理评论快报》上。特别是，科学家们研究了DNA双螺旋在通过纳米孔高速易位时如何解压缩，从该过程的唯一速度重建基本的DNA热力学特性。

长期以来，聚合物通过纳米孔的易位一直作为一个基本的理论问题以及它的几个实际分支进行研究，例如基因组测序。我们记得，后者涉及驱动DNA丝穿过一个如此狭窄的孔，以至于只有一条双螺旋链可以通过，而另一条链被留下。结果，易位的DNA双螺旋必然会分裂和解开，这种效应被称为解压缩。

该研究小组还包括第一作者巴里大学的Antonio Suma和坦普尔大学的Vincenzo Carnevale，他们使用一组计算机来模拟具有不同驱动力的过程，以跟踪DNA的解压缩速度，这种数据很少被研究，尽管可以直接在实验中访问。

利用先前开发的理论和数学模型，研究人员能够“向后”工作，利用速度信息准确地重建双螺旋结构形成和破裂的热力学。

研究人员解释说，“以前的理论”源于对分子系统热力学的详细知识，然后用于预测对或多或少侵入性外部应力的反应。仅此一项本身就是一项重大挑战。我们研究了相反的问题：我们从DNA对侵蚀性应力的反应开始，例如双螺旋的强制解压缩，以恢复热力学的细节。

“由于解压缩过程的侵入性和快速性，该项目似乎注定要失败，这可能就是以前从未尝试过的原因。然而，我们也知道，正确的理论和数学模型，如果适用，可以为我们提供一个有希望的解决方案。在分析了收集到的大量数据后，我们非常兴奋地发现情况确实如此;我们很高兴我们有正确的直觉。

研究中采用的技术是通用的，因此研究人员希望能够将其从DNA扩展到其他尚未开发的分子系统。一个典型的例子是所谓的分子马达，蛋白质聚集体利用能量进行循环转换，非常像我们日常生活中的引擎。

研究人员强调：“到目前为止，对分子马达的研究已经开始对它们的热力学提出假设，然后将预测与实验数据进行比较。我们已经验证的新方法应该允许采取相反的路线，即使用来自失衡实验的数据来恢复热力学，具有明显的概念和实践优势。

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