3D打印基因模型帮科学家找到治疗癌症的钥匙

上个世纪生物学最重要的成果之一就是1953年由Watson和Crick发现的双螺旋结构的DNA。时至今日科学家们仍然认为，它是人类解开声明奥秘的一把钥匙。如今在3D打印的帮助下，科学家们正在对DNA的内部工作机制进行更加深入的研究。

近日，来自美国Van Andel研究所、Brookhaven国家实验室和石溪大学（Stony Brook University），以及英国伦敦帝国学院的研究人员发表了一篇论文，详细介绍了他们在了解DNA自身复制方面最新小而深刻的进步。人们已经知道的是，DNA在进行自我复制时，会打开自己的双链，暴露出其内部非常重要的信息，当复制完成后，原来一条双链变成两条一样的双链。

但是人们没有完全了解的是在复制的过程中到底发生了什么。这是因为DNA发生作用和维持的机制非常复杂，需要其数百个不同的部分精确地共同配合。其中的一个被科学家命名为Cdc6的部分，被这次研究人员推测为DNA复制过程中的关键蛋白，这其中的问题是：它是怎么做到的？

在这个过程中还有一个重要的成份——NDA解旋酶，如果我们把DNA看做一个拉链的话，解旋酶就像那个处于拉链顶部的那个拉链扣。在此之前的研究中，人们认为Cdc6蛋白质在把解旋酶放到DNA段顶部的过程中起到了部分作用。为了确认这种情况，研究人员想办法抑制Cdc6并研究由此带来的影响。如果这个蛋白质的作用是负责安装拉链扣的话，它的消除将意味着拉链被卡住，无法打开。然而，研究人员发现的是双螺旋继续像以前一样打开，但是最终的复制却无法完成。

我们长话短说，科学家们发现蛋白质Cdc6似乎有什么东西，为最终的复制开始之前创造某种有利条件。在这一点上，仍然有些不确定，但是伦敦帝国学院临床科学中心DNA复制组的负责人Christian Speck博士用我们能够听得懂的方式解释说：

“想象一下，如果你把一个扳手留在发动机里，或者把发动机组装好后不拆掉某些组装的工具。那么这个发动机将因为卡住而停止工作。因此，蛋白质Cdc6的作用就是确保在发动机中没有扳手，并维持生产线的继续进行。 是一种质量控制蛋白质。”

如果您正在想“这算什么大发现？”的话，那么重要内容来了：

异常细胞（比如癌细胞）的生长之所以难以控制就是由于这些细胞的自我复制能力。当前对于癌症治疗的研究通常集中在摧毁这些异常细胞DNA的方法上。但是，由于这些方法的性质，健康细胞的DNA也被它们破坏了。如果科学家们研制出一种能够简单地关闭细胞复制机制的方法，那么就为癌症治疗的研究打开了一扇大门。

为了将这一发现应用到个人的癌症治疗中，科学家们不仅需要了解Cdc6，而且还包括大量组成DNA的不同部分。在Speck的实验室里，科学家们不仅能够通过电子显微镜查看这些结构，而且还利用这些图像，创建和3D打印出大型的3D模型以作研究之用。这些实实在在的3D模型能够让科学家们更加深刻地理解这些蛋白质的能力。该研究的合作者、石溪大学的生物学家Huilin Li介绍了他们如何在研究过程中使用这些辅助的3D打印模型：

“DNA解旋机制的成因是复杂、奇妙和令人惊奇的。这些3D打印模型，使我们能够在分子水平理解解旋酶如何包围并解开DNA，从而有助于我们了解生命中最根本的过程以及如何处理可能出现的问题。”

通过3D打印模型研究人员发现，如果他们不让Cdc6蛋白加入这一“机器”，这台“机器”机会堵塞，这意味着DNA复制过程就会停滞下来。3D打印可以快速将通过电子显微镜获得的3D图像数据制作成为物理模型的能力意味着，研究人员可以随时得到自己需要的模型，并且不需要很大的代价或者很长时间的等待就能迅速作出调整。

来源：天公社