DNA和RNA承載著生物體的基本遺傳資訊，人類BRAF基因中的約2300個鹼基中只要有1個鹼基被更換，就會導致多種癌症的發生。因此，分離具有相似結構的核酸的技術非常重要，但現狀是這種分離並不容易。由東京大學國際高等研究所東京學院的相田卓三卓越教授和研究生院工學系研究科的特任研究員龔浩等組成的研究團隊發現，隻需使用鹽水和玻璃板，就能在玻璃板上以同心圓的方式分離出結構相似的核酸，而且還能輕鬆提取出各種結構的核酸。相關研究成果已發表在《Nature》上。
圖1: 構成遺傳物質去氧核糖核酸（DNA）的四種核苷酸的化學結構（上）。使用同心圓狀分離法來迅速分離與檢測結構近乎相同的DNA混合物（下）。（供圖：東京大學）
圖2: 通過兩次連續液-液相分離（DLLPS）來進行同心圓狀分離結構近乎相同的水溶性聚合物的概念和流程示意圖（上）。具有不同末端和分子量的已經同心圓狀分離完成的聚乙二醇（PEG）或DNA混合物的共聚焦雷射掃描顯微鏡圖像（下）。（供圖：東京大學）
通過添加鹽將溶質從水溶液中分離出來的鹽析效應，在工業中的應用已有200多年的歷史。研究團隊在將聚乙二醇（PEG）末端附著螢光分子的實驗時，將含有硫酸銨的溶液偶然滴到了玻璃板上，結果玻璃板上形成了許多甜甜圈狀的螢光圈。仔細觀察發現，甜甜圈的中心充滿了沒有色料末端的PEG。此外，在對3種不同的聚合體進行相同的操作時，發現會分裂成3個同心圓。
研究人員對其機制進行了研究，發現在聚合體混合物的水溶液中加入硫酸銨會導致液-液相分離（LLPS），從而使聚合體在水溶液中分散。當把它滴在玻璃板上時，會出現第2次LLPS，會首先在玻璃板上形成一層硫酸銨薄膜，之後按照最容易與之混合的順序形成同心圓，最後最難與之混合的會留在中間。
相田教授表示：「我們認為原則上可以做到這一點，並想知道這種現象是否可用於分離核酸，於是我們進行了嘗試，發現即使是核酸即使是一個核苷酸的差異也能進行相分離。研究還發現，LLPS的產生是由於鹽析效應，因此隻需用不同鹽濃度的水沖盡，就能從最上面的開始依次提取。」
在此次實驗中，研究人員測試了對源自人類BRAF基因的30和50個核苷酸序列進行單核苷酸突變分離的能力，結果表明，單次操作（手工操作約10分鐘）可成功提取75%的純度，3次操作能提取97%的純度。
如果這項快速、低成本的檢測和分離突變體的技術能夠實現自動化，將推動生命科學的重大進步。相田教授表示：「我們正在考慮與分析儀器製造商等合作。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature
論文：Near-identical macromolecules spontaneously partition into concentric circles
DOI：10.1038/s41586-024-08203-4
