重磅｜ Cell：颠覆教科书的发现，原来 DNA 复制随机......

几乎地球上所有的生命都基于 DNA 复制或被复制。对 DNA 复制过程的了解带来生物和医学领域很多重大发现。现在科学家们首次看到单个 DNA 复制的全部步骤，有了一些惊人的发现 ——DNA 复制的随机性比我们想象得还要多。

1. 惊人的发现

加利福尼亚大学戴维斯分校和加州大学戴维斯分校综合癌症研究中心的微生物学和分子遗传学杰出教授 Stephen Kowalczykowski 说：换一种方式看 DNA 复制带来了新的发现。

该作品于 6 月 15 日刊登在 Cell 上，题目为《Independent and Stochastic Action of DNA Polymerases in the Replisome》，期刊共同作者 James Graham 是加州大学戴维斯分校、斯隆凯特琳癌症中心博士后研究员。

研究人员凭借复杂的成像技术和大量的耐心，观察大肠杆菌的 DNA，测量了酶机制对不同链条的作用有多快。他们创奇迹般的摄录了单个 DNA 分子复制的近距离高清无码影像。

2. DNA 复制基础

DNA 双螺旋结构是由反向互补的两条链制成。每条链由一系列碱基 A，T，C 和 G 组成，其在链之间成对规律是：A 和 T、C 和 G 。

复制的第一步是解旋酶将双螺旋解开成两条单链。然后引物酶将引物附加到复制开始的每条链上，然后 DNA 聚合酶附着在引物上并沿着链移动，添加新的碱基以形成新的双螺旋。

DNA 双螺旋结构中的两条链反向运行，所以 DNA 聚合酶在两条链上的作用不同。在前导链上，DNA 聚合酶可以连续移动，留下一条新的双链 DNA。在滞后链上，DNA 聚合酶必须在一开始就移动，附着，产生短链双链 DNA，然后掉下来重新开始。

传统的观点是，前导和滞后链中的 DNA 聚合酶以某种方式进行协调，使得不会超前于另一种。如果确实发生这种情况，它会产生很多受损的 DNA 片段从而引发突变。

3. 单个 DNA 复制是如何被发现

研究人员将环状 DNA，通过一条短尾巴附着在载玻片上。随着复制机器绕圈旋转，尾部变长。它们可以通过添加化学燃料（核苷三磷酸，NTPs）来控制复制，并使用可连接到双链 DNA 上的荧光染料来使合成链发亮。最后，整个设置在流动室中，DNA 链在微风中像横幅一样伸展。

研究发现，复制终止不可预测，当复制再次启动是甚至可以改变复制的速度。在镜头中，时而滞后链停止运行，但前导链继续增长（由于染料不连接在单链 DNA 上，因此在发光链中显示为黑色区域）。时而其中一条链突然以 10 倍正常速度开始复制，毫无规律可寻。此外，由于缺乏协调性，DNA 甚至可以一脚踢开解旋酶来暂停复制，以使 DNA 聚合酶赶上进度。

这种随机复制可以说是 DNA 复制的新发现，我们要重新思考生物化学过程。这是一个模式的转变，和教科书上的内容完全不同。

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