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新南威尔士大学悉尼分校的研究人员发现了决定两条DNA链聚合速度的物理因素，解决了一个几十年来的难题。
新南威尔士大学医学与健康学院EMBL澳大利亚单分子科学节点的纳米科学家和理论物理学家联合起来，揭开了控制两条匹配的DNA链完全结合(或杂交)形成双链DNA的复杂机制。他们的研究结果发表在《核酸研究》杂志上。
大约50年前提出了一个理论，假设DNA链杂交的速度是由最初的接触决定的，这种接触导致DNA链上匹配的碱基串进一步结合——称为成核相互作用。到目前为止，由于DNA生物学的复杂性，这一理论从未被证实。
“两条完全分离的链可以通过大量的途径相互结合。DNA站不会在瞬间形成一个完全混合的双工结构。在某些时候，只有2到3个碱基对会自发结合。这就是核心事件，”新南威尔士大学医学与健康、新南威尔士大学科学和伦敦帝国理工学院的研究团队的负责人劳伦斯·李副教授说。
“我们建立了一个简单的数学模型，只有两个参数，并问道:如果我们只知道有多少成核相互作用，以及它们有多稳定，我们能预测杂化率吗?我们发现答案是肯定的。”
为了定量地检验这个模型，研究团队将原始的假设转化为一个数学公式，他们可以用合成DNA来测量他们的实验观察结果。
李教授解释说，简单性是他们的模型预测能力的关键。
“如果一个数学模型包含太多不同的参数，它对预测就不再有用了。与之前试图理解DNA杂化率的关键不同之处在于，我们的模型参数很少，并且是针对不应该形成二级结构的DNA序列进行测试的。”
DNA二级结构形成时，链折叠到自己，这可能会隐藏成核和结合位点。
“理论是，如果这个初始的小相互作用足够稳定，它将从那里非常快地拉链的DNA链。如果限制步骤是成核，那么接下来，如果你有更多的成核态，那么DNA杂交应该更快，”A/李教授说。
这一发现有可能提高我们对生物系统的理解。预测或控制DNA杂交速率的能力，也有助于改进或扩大纳米技术的用途。有了这一新认识，研究人员可以调整成核相互作用的数量和稳定性，进而控制DNA结合的速度。这可以通过多种方式实现，包括改变反应温度、DNA序列和溶液的离子强度。
“我们可以使用DNA涂料(DNA荧光链用作显微镜的标签)生成高分辨率的图像，因为我们正在测量DNA与单个分子的结合和分离。但是，获取数据需要很长时间。如果我们能够合理设计DNA涂料的序列，使其能够更快地结合，那么我们就可以减少超分辨率成像的采集时间，”A/ Lee教授说。
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