日本團隊用單分子動力學解析DNA雜交基本過程

　　一項發表在《化學科學》(Chemical Science)上的研究成果顯示，日本東京理工大學團隊使用掃描隧道顯微鏡(STM)測量單分子電導率的變化來探索DNA“雜交”(由兩條單鏈DNA形成雙鏈DNA)。

　　該研究團隊將單鏈脫氧核糖核酸(ssDNA)附著在由金制成的掃描隧道顯微鏡尖端，并通過一種稱為“吸附”的過程，使用一層平坦的金膜將互補鏈粘附在其上。

　　然后，他們在涂覆的掃描隧道顯微鏡針尖和金表面之間施加偏置電壓，并使針尖非常靠近表面而不接觸。反過來，由于一種被稱為“量子隧道”的過程，這又允許電流流過其間的空間。研究人員監測了DNA鏈相互作用時隧道電流的時間變化。

　　研究小組獲得了形似梯形的電流軌跡。當金表面未用ssDNA修飾或用非互補鏈修飾時，梯形軌跡不會形成。

　　在此基礎上，研究人員將這種軌跡歸因于雙鏈DNA (dsDNA)的形成，雙鏈DNA是由掃描隧道顯微鏡尖端和表面的ssDNA雜交產生的。研究人員將電流的突然減少歸因于熱擾動引起的dsDNA的擊穿或“去雜交(dehybridization)”。

　　該小組隨后使用實驗結果和分子動力學模擬研究了去雜交和雜交過程的動力學(反應的時間演變)。前者揭示了一個與DNA濃度無關的平臺電導，證實了當前的測量反映了單分子電導，而后者表明形成了一個部分雜交的DNA中間體，僅靠電導無法檢測到。

　　有趣的是，對于高濃度的DNA樣品，雜交效率更高，這與以前用大體積ssDNA溶液進行的研究結果相矛盾，團隊將這一觀察歸因于他們的研究中缺乏整體擴散。

　　研究人員表示“這些新的見解應該有助于提高許多基于DNA的診斷的性能......該方法可以擴展到研究各種單分子之間的分子間化學反應，從而能夠從機理上理解化學反應，并從單分子的角度發現新的化學反應。”