DNA和RNA承载着生物体的基本遗传信息，人类BRAF基因中的约2300个碱基中只要有1个碱基被替换，就会导致多种癌症的发生。因此，分离具有相似结构的核酸的技术非常重要，但现状是这种分离并不容易。由东京大学国际高等研究所东京学院的相田卓三卓越教授和研究生院工学系研究科的特任研究员龚浩等组成的研究团队发现，只需使用盐水和玻璃板，就能在玻璃板上以同心圆的方式分离出结构相似的核酸，而且还能轻松提取出各种结构的核酸。相关研究成果已发表在《Nature》上。
图1: 构成遗传物质脱氧核糖核酸（DNA）的四种核苷酸的化学结构（上）。使用同心圆状分离法来迅速分离与检测结构近乎相同的DNA混合物（下）。（供图：东京大学）
图2: 通过两次连续液-液相分离（DLLPS）来进行同心圆状分离结构近乎相同的水溶性高分子的概念和流程示意图（上）。具有不同末端和分子量的已经同心圆状分离完成的聚乙二醇（PEG）或DNA混合物的共聚焦激光扫描显微镜图像（下）。（供图：东京大学）
通过添加盐将溶质从水溶液中分离出来的盐析效应，在工业中的应用已有200多年的历史。研究团队在将聚乙二醇（PEG）末端附着荧光分子的实验时，将含有硫酸铵的溶液偶然滴到了玻璃板上，结果玻璃板上形成了许多甜甜圈状的荧光圈。仔细观察发现，甜甜圈的中心充满了没有色素末端的PEG。此外，在对3种不同的聚合物进行相同的操作时，发现会分裂成3个同心圆。
研究人员对其机理进行了研究，发现在聚合物混合物的水溶液中加入硫酸铵会导致液-液相分离（LLPS），从而使聚合物在水溶液中分散。当把它滴在玻璃板上时，会出现第2次LLPS，会首先在玻璃板上形成一层硫酸铵薄膜，之后按照最容易与之混合的顺序形成同心圆，最后最难与之混合的会留在中间。
相田教授表示：“我们认为原则上可以做到这一点，并想知道这种现象是否可用于分离核酸，于是我们进行了尝试，发现即使是核酸即使是一个核苷酸的差异也能进行相分离。研究还发现，LLPS的产生是由于盐析效应，因此只需用不同盐浓度的水冲洗，就能从最上面的开始依次提取。”
在此次实验中，研究人员测试了对源自人类BRAF基因的30和50个核苷酸序列进行单核苷酸突变分离的能力，结果表明，单次操作（手工操作约10分钟）可成功提取75%的纯度，3次操作能提取97%的纯度。
如果这项快速、低成本的检测和分离突变体的技术能够实现自动化，将推动生命科学的重大进步。相田教授表示：“我们正在考虑与分析仪器制造商等合作。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature
论文：Near-identical macromolecules spontaneously partition into concentric circles
DOI：10.1038/s41586-024-08203-4
