DNA和染色体携带着使我们得以生存的基本遗传信息。现在,科学家们已经发现了染色体在我们细胞中是如何以新的方式运动的——这种运动可能在我们的细胞功能中发挥作用。

我们的大多数细胞包含23对染色体——这意味着每个细胞大约有60亿个碱基对。

如此多的分子聚集在一个狭窄的空间里,但不知何故,它们从未纠缠在一起。这是研究小组希望通过使用计算机建模的力量来发现的。

奥斯汀德克萨斯大学的生物物理学家戴夫·蒂鲁马赖说:“我们不仅考虑分子的结构,还理解动态趋势。我们不仅需要了解大量遗传信息是如何包装的,还需要了解不同的基因座是如何移动的。”

“结果表明,重要的不仅仅是遗传密码本身。如果染色体不再移动,最终可能导致细胞功能障碍。”

研究小组检查了两条不同的人类染色体——5号和10号——以了解它们是如何移动的。在下面的gif中,你可以看到5号染色体的运动。复制是细胞分裂过程的一部分,在复制之后,最初看起来像是一个混乱的线索。

然而,研究人员称,它开始自我拉动,先是沿着长度方向聚集成团——就像绳子上的珠子——然后收缩成一个紧密的球。

他们观察到,总的来说,染色体移动有点慢,有些部分比其他部分移动得快。此外,染色体在不同的细胞中以不同的方式移动。例如,一些细胞中的一些染色体可能比其他细胞移动得慢。研究人员认为这可能会影响细胞的行为。

它也可能导致健康问题——两条染色体上的基因对应一系列疾病。对于5号染色体,它是帕金森氏病、某些形式的白血病和男性不育。

10号染色体与一种叫做卟啉症的血液疾病(据说这种疾病折磨着英国国王乔治三世)以及一种叫做胶质母细胞瘤和先天性耳聋的侵袭性脑癌有关。

我们知道与疾病相关的基因在染色体上的确切位置,这叫做基因座。但是这项新的研究表明,仅仅知道它们的位置可能无法了解所有的细节。这些轨迹在空间移动的方式也将产生重要影响。

“基因表达是细胞最重要的生物功能之一,是一个动态而非静态的过程,”马里兰大学的生物物理学家石光说。

“对于每个可以在人类细胞中表达的基因,染色体中相对较远的区域必须接触。当这些动态过程被破坏时,细胞可能会因几个关键基因表达失败而死亡,或者有时直接变成癌细胞。”

然而,接触实际上是如何发生的,以及染色体运动对疾病发展的影响需要进一步研究。

这是团队未来的主要话题。

蒂鲁迈莱说:“我们想看看癌细胞之间是否有任何差异。如果那里的染色体采用其他运动模式,这将是一个非常有趣和奇特的现象。”