長久以來，科學界普遍認為在壓力下，DNA 鏈會形成結，並且會纏繞成混亂的形狀。然而，劍橋大學的新研究顯示，當 DNA 受到壓力時，它會以有序的方式捲曲成春狀結構，稱為 plectonemes。這一發現顛覆了對遺傳物質機械特性的長期假設。研究小組通過使用納米孔進行實驗，這些納米孔的大小僅足以容納一條 DNA 鏈，進一步揭示了 DNA 在壓力下的行為。
在這項研究中，研究人員將 DNA 放置在鹽鹼溶液中，並施加電壓和流體流動，迫使其通過納米孔。這些力量使 DNA 開始旋轉，產生足夠強大的扭矩來扭動分子。在過去的實驗中，當 DNA 通過納米孔時觀察到的不規則電流信號被解釋為鏈條中結的形成。然而，更深入的分析顯示這些結構根本不是纏結，而是 DNA 以緊密、有序的方式捲曲成 plectonemes，這些捲曲結構會不斷地環繞自身。
這一結構區別是非常重要的。結是無規則的，且難以解開，而捲曲則可以以可預測的方式纏繞和解開。這樣的發現使得科學家對 DNA 在扭轉下的行為有了更清晰的認識。DNA 在生活細胞中經常會經歷扭轉壓力，無論是通過染色體在細胞核中的打包，還是酶切割、扭轉和重新連接鏈條的過程。如果 DNA 在這些情況下會捲曲成 plectonemes，這些結構可能會影響基因的訪問、複製或調控方式。
這些結果對於納米孔測序也具有重要意義，這是一種快速增長的基因組解碼方法。DNA 捲曲所產生的電流擾動與結所造成的擾動有所不同，理解這一區別將有助於提高測序技術的準確性，這對於醫學診斷和研究越來越重要。此外，這項研究還重新框架了科學家對 DNA 機械韌性的理解。DNA 在扭轉時並非變得不穩定，而是呈現出有序結構，這可能使其能夠以受控的方式吸收和釋放能量。這一發現挑戰了長期以來的繩索比喻，將 DNA 視為易於纏結的線，而是將其視為能夠儲存扭轉壓力的彈簧。
未來，研究人員對於是否存在類似的捲曲行為在細胞內自然發生，以及它在轉錄、複製和染色體組織等關鍵過程中可能扮演的角色，充滿興趣。理解這些動態可能會揭示新的見解，關於基因組調控和細胞如何管理機械壓力。這項工作強調了分子生物學中的一個重要原則：結構與功能之間存在著深刻的相互聯繫。通過揭示 DNA 在壓力下會捲曲而非打結，科學家們對生命中最基本的分子之一有了更準確的認識，顯示出在壓力下，DNA 更傾向於選擇有序而非混亂。這些新發現已在《Physical Review X》上發表。
