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当DNA双螺旋断裂时，断端会去寻找相似序列利用其作为模板进行修复。利用一种新型智能双分子技术，来自代尔夫特理工大学Kavli纳米科学研究所的研究小组揭示了DNA分子如何能以有效途径完成寻找和识别过程的机制。相关研究成果发表在《分子细胞》（Molecular Cell）杂志上。
一个惊人的问题 有时候，DNA的双螺旋结构会遭到破坏，意外导致双链断裂。当细胞无法处理这样的DNA损伤时会导致极其严重的后果。诸如基因组DNA失稳是众所周知的一种致癌原因。正常情况下，DNA修复系统会有效地进行错误检测。那么这一过程是如何进行运作的呢？
首先，蛋白质在断裂DNA末端形成丝状结构，然后这一丝状结构检测附近拷贝DNA或第二条DNA染色体以搜索匹配断裂末端的DNA序列。值得注意的是，这是一个艰巨的任务。举例而言，我们人类的基因组包含有30亿个碱基对，要从中寻找数百个目的碱基对，真可谓是大海捞针。
“这一搜索过程在数分钟内发生，非常高效。然而其是如何实现的，数十年来一直是一个待解之谜。我们研究组的新实验结果通过揭示这一过程中的关键步骤——分子识别步骤，从而解答了这一问题，”代尔夫特理工大学Cees Dekker教授研究组博士后Iwijn de Vlaminck说。
搜索操作 “在细菌中，称之为RecA的蛋白负责执行搜索操作。在大肠杆菌中，DNA上形成的RecA蛋白丝以惊人的速度和精确度在第二DNA分子内寻找和匹配序列。为了这样做，RecA单个分子首先会聚集在一起在断裂DNA上形成一个丝状结构。这一丝状结构随后会抓取附近的DNA分子，将它们的序列与断裂DNA序列进行比对。当找到匹配的序列时，两个分子会紧密结合到一起确保修复跟着发生，”De Vlaminck说。
研究人员发现在同源取样过程中丝状结构的第二DNA结合位点与新来双链DNA其中的一条单链发生了互作。当新来DNA的双链能与丝状结构上的两个DNA结合位点结合时就完成了识别过程。
研究数据表明搜索过程的准确性是由DNA结合位点间的距离支配。研究人员通过实验阐明了在两分子序列比对过程中精确发生的事件，明确了为何“错误”的序列会导致分子的迅速解离，而“正确”的序列则生成了强有力的键促成了进一步的修复。研究人员证实有两个元件对DNA修复过程中惊人的速度和高效起重要作用。
新装置
代尔夫特理工大学研究小组开发了一种独特的新工具使得他们能够不需要操作单个DNA分子或单个RecA蛋白丝来测量分子间的互作力。这种双分子操作设备结合了磁探针（magnetic-tweezer）以及用层流系统进行的激光捕获DNA分子操作。该装置还允许微解开DNA螺旋，打开正常双螺旋失稳定的局部区域。这一效应被证实对分子识别过程至关重要。因此，研究小组能够直接探测与搜索和识别相关两分子互作力，并构建出新模型。
（生物通：何嫱）