Only Perception: DNA 能受光線控制？

2008-10-14

DNA 能受光線控制？

Can genetic information be controlled by light?
http://www.physorg.com/news142859091.html

October 10, 2008

（德國）基爾（Kiel）大學的研究者成功證明，各股 DNA 依照其鹼基順序，對於光線的敏感度有所不同。他們的結果由 Nina Schwalb 等人在 10/10 當期 Science 期刊上報導。

DNA，這種分子在所有生命形態中扮演著遺傳資訊載體的角色，高度抵抗紫外光的修改，但理解其光穩定性的機制時，出現某些令人困擾的問題。一種重要的觀點是：構成 DNA 分子之四種鹼基間的交互作用。基爾大學的研究者成功證明，各股 DNA 因其鹼基序列而有不同的光敏感性。

科學家知道為遺傳資訊編碼的個別鹼基具高度光穩定性已經很多年，當它們吸收來自於 UV 的能量時，會立刻再度釋放。然而，令人驚訝的是，當它們構成 DNA 之後，這些機制變成無效或部份有效。看來，UV 激發之 DNA 分子的去活性（deactivation），必由某種完全不同的、DNA 特有的機制取而代之，而那尚未了解。透過以各種方法測量具有不同鹼基順序的 DNA 分子，這個由基爾大學理化研究所 Friedrich Temps 教授所領導的研究小組，現在能夠證實並闡明那種假設。

根據 Temps 教授表示，"DNA 透過其複雜的雙螺旋結構達成其高度的光穩定性。在單股 DNA 中，鹼基之間的交互作用一個堆疊在另一個之上，而且在雙螺旋中，兩互補單股之鹼基對間的氫鍵扮演了關鍵的角色。透過我們所觀察到的不同交互作用，DNA 在某種程度上權充它自己的太陽防護。

Nina Schwalb 在合成 DNA 分子中研究各種不同的鹼基結合。利用飛秒脈衝雷射光譜學，她測量每種結合所釋放出來的特徵能量。她測量每種分子持續發出螢光的時間，也因而得知它們儲存光能的時間有多久。她發現，對某些鹼基結合而言，這些螢光發射的「壽命」只有約 100 飛秒，但對於其他結合而言，時間可長達數千倍。一飛秒為 10^-15 秒。

對於她研究結論的評論，Nina Schwalb 說："我們研究了光物理特性並發現不同的鹼基組合具有廣泛的螢光發射壽命差異。這將導致一種新診斷方法的發展，在此雷射光能用來直接識別某些遺傳序列，而無須以染料標記DNA，一如當前所使用的方法。"

你也能夠想像，將光物理特性連接到遺傳特徵上。當我們更加理解這些機制時，未來也許有可能以雷射輻射來修補基因突變。

"在奈米電子學的領域中，合成 DNA 已證明能當作「奈米線」使用。基於這些分子不同的反應時間，有朝一日或許能使用雷射脈衝來「切換（開關）」特定分子。甚至有可能在某些情況中以 DNA 製造電晶體，那能透過氫鍵來運作，" Temps 教授解釋。

※ 相關報導：

＊ Base Sequence and Higher-Order Structure Induce the Complex Excited-State Dynamics in DNA
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/322/5899/243