Mainz (LabNews Media LLC) – Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung und der University of Texas at Austin haben eine neuartige Molekülbewegung entdeckt: Gastmoleküle diffundieren in DNA-Polymer-Tröpfchen nicht ungeordnet, sondern bewegen sich in einer scharfen, wellenartigen Front. Die in Nature Nanotechnology veröffentlichte Entdeckung könnte das Verständnis zellulärer Prozesse revolutionieren und Anwendungen in Biomaterialien, Membranen und Wirkstoffträgern ermöglichen.
Im Gegensatz zur klassischen Diffusion, bei der Moleküle sich langsam und unscharf verteilen, durchschneiden Gast-DNA-Stränge die biomolekularen Kondensate geordnet. „Diese Molekülwelle widerspricht bisherigen Modellen“, erklärt Prof. Dr. Andreas Walther, Studienleiter. Die Tröpfchen, aus Tausenden DNA-Einzelsträngen gebildet, ähneln zellulären Kondensaten, die biochemische Prozesse ohne Membranen organisieren. Durch präzise Einstellung der DNA-Struktur und Salzkonzentrationen wurde die Bewegung gesteuert. Gastmoleküle binden spezifisch an das Tröpfcheninnere nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip, wodurch das Material lokal dynamisch wird und eine konzentrierte Front entsteht.
„Die lineare Fortbewegung der Front ist ein Novum in weichen Materialien“, sagt Weixiang Chen, Erstautor. Die Erkenntnisse könnten erklären, wie Zellen Signale regulieren, und neurodegenerative Krankheiten beeinflussen, bei denen Protein-Kondensate altern und Fibrillen bilden. Langfristig könnten sie neue Therapieansätze ermöglichen. Anwendungen umfassen intelligente Biomaterialien, programmierbare Wirkstoffträger und synthetische Zellsysteme, die die Komplexität des Lebens nachbilden.
Original Paper:
Ballistic diffusion fronts in biomolecular condensates | Nature Nanotechnology
