断裂键：双螺旋解开揭示 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，只知道分子如何扭曲和分裂——这是 SISSA 的 Cristian Micheletti 领导的研究小组所接受的挑战，并于最近发表了物理评论快报。具体来说，科学家研究了 DNA 双螺旋结构在通过纳米孔高速转移时如何解开，并从该过程的唯一速度重建了基本的 DNA 热力学性质。

长期以来，聚合物通过纳米孔的转运一直是一个基础理论问题，也因其在基因组测序等实际应用中的诸多影响而被研究。我们记得，后者涉及驱动 DNA 细丝穿过一个非常狭窄的孔，以至于只有一条双螺旋链可以通过，而另一条链则留在后面。因此，转运的 DNA必然会分裂和解开，这种现象称为解压。

该研究小组的成员还包括第一作者、巴里大学的 Antonio Suma 和天普大学的 Vincenzo Carnevale，他们利用一组计算机模拟这一过程，用不同的驱动力来追踪 DNA 的解压缩速度，尽​​管这种类型的数据可以在实验中直接获取，但很少被研究过。

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

研究人员解释道：“先前的理论是从分子系统热力学的详细知识出发的，然后利用这些知识来预测对或多或少有侵入性的外部压力的反应。仅这一点本身就是一项重大挑战。我们研究了逆问题：我们从 DNA 对侵入性压力（例如双螺旋的强制解开）的反应开始，以恢复热力学的细节。”

“由于解压缩过程具有侵入性和快速性，该项目似乎注定要失败，这可能就是为什么它从未被尝试过的原因。然而，我们也知道，如果适用的话，正确的理论和数学模型可以为我们提供有希望的解决方案。在分析了大量收集的数据后，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。”

这项研究采用的技术是通用的，因此研究人员希望能够将其扩展到 DNA 以外的其他尚未被探索的分子系统。一个典型的例子就是所谓的分子马达，即利用能量进行循环转化的蛋白质聚集体，非常像我们日常生活中的发动机。

研究人员强调，“到目前为止，对分子马达的研究都是从制定热力学假设开始的，然后将预测与。我们验证的新方法应该允许采取逆向路线，即使用非平衡实验的数据来恢复热力学，具有明显的概念和实践优势。”