上個(gè)世紀(jì)生物學(xué)最重要的成果之一就是1953年由Watson和Crick發(fā)現(xiàn)的雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA。時(shí)至今日科學(xué)家們?nèi)匀徽J(rèn)為，它是人類解開聲明奧秘的一把鑰匙。如今在3D打印的幫助下，科學(xué)家們正在對DNA的內(nèi)部工作機(jī)制進(jìn)行更加深入的研究。

近日，來自美國Van Andel研究所、Brookhaven國家實(shí)驗(yàn)室和石溪大學(xué)（Stony Brook University），以及英國倫敦帝國學(xué)院的研究人員發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)介紹了他們在了解DNA自身復(fù)制方面最新小而深刻的進(jìn)步。人們已經(jīng)知道的是，DNA在進(jìn)行自我復(fù)制時(shí)，會(huì)打開自己的雙鏈，暴露出其內(nèi)部非常重要的信息，當(dāng)復(fù)制完成后，原來一條雙鏈變成兩條一樣的雙鏈。

但是人們沒有完全了解的是在復(fù)制的過程中到底發(fā)生了什么。這是因?yàn)?/span>DNA發(fā)生作用和維持的機(jī)制非常復(fù)雜，需要其數(shù)百個(gè)不同的部分精確地共同配合。其中的一個(gè)被科學(xué)家命名為Cdc6的部分，被這次研究人員推測為DNA復(fù)制過程中的關(guān)鍵蛋白，這其中的問題是：它是怎么做到的？

在這個(gè)過程中還有一個(gè)重要的成份——NDA解旋酶，如果我們把DNA看做一個(gè)拉鏈的話，解旋酶就像那個(gè)處于拉鏈頂部的那個(gè)拉鏈扣。在此之前的研究中，人們認(rèn)為Cdc6蛋白質(zhì)在把解旋酶放到DNA段頂部的過程中起到了部分作用。為了確認(rèn)這種情況，研究人員想辦法抑制Cdc6并研究由此帶來的影響。如果這個(gè)蛋白質(zhì)的作用是負(fù)責(zé)安裝拉鏈扣的話，它的消除將意味著拉鏈被卡住，無法打開。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)的是雙螺旋繼續(xù)像以前一樣打開，但是最終的復(fù)制卻無法完成。

我們長話短說，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)Cdc6似乎有什么東西，為最終的復(fù)制開始之前創(chuàng)造某種有利條件。在這一點(diǎn)上，仍然有些不確定，但是倫敦帝國學(xué)院臨床科學(xué)中心DNA復(fù)制組的負(fù)責(zé)人Christian Speck博士用我們能夠聽得懂的方式解釋說：      

“想象一下，如果你把一個(gè)扳手留在發(fā)動(dòng)機(jī)里，或者把發(fā)動(dòng)機(jī)組裝好后不拆掉某些組裝的工具。那么這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)將因?yàn)榭ㄗ《Ｖ构ぷ?。因此，蛋白質(zhì)Cdc6的作用就是確保在發(fā)動(dòng)機(jī)中沒有扳手，并維持生產(chǎn)線的繼續(xù)進(jìn)行。 是一種質(zhì)量控制蛋白質(zhì)。”

如果您正在想“這算什么大發(fā)現(xiàn)？”的話，那么重要內(nèi)容來了：

異常細(xì)胞（比如癌細(xì)胞）的生長之所以難以控制就是由于這些細(xì)胞的自我復(fù)制能力。當(dāng)前對于癌癥治療的研究通常集中在摧毀這些異常細(xì)胞DNA的方法上。但是，由于這些方法的性質(zhì)，健康細(xì)胞的DNA也被它們破壞了。如果科學(xué)家們研制出一種能夠簡單地關(guān)閉細(xì)胞復(fù)制機(jī)制的方法，那么就為癌癥治療的研究打開了一扇大門。

為了將這一發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到個(gè)人的癌癥治療中，科學(xué)家們不僅需要了解Cdc6，而且還包括大量組成DNA的不同部分。在Speck的實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家們不僅能夠通過電子顯微鏡查看這些結(jié)構(gòu)，而且還利用這些圖像，創(chuàng)建和3D打印出大型的3D模型以作研究之用。這些實(shí)實(shí)在在的3D模型能夠讓科學(xué)家們更加深刻地理解這些蛋白質(zhì)的能力。該研究的合作者、石溪大學(xué)的生物學(xué)家Huilin Li介紹了他們?nèi)绾卧谘芯窟^程中使用這些輔助的3D打印模型：

“DNA解旋機(jī)制的成因是復(fù)雜、奇妙和令人驚奇的。這些3D打印模型，使我們能夠在分子水平理解解旋酶如何包圍并解開DNA，從而有助于我們了解生命中最根本的過程以及如何處理可能出現(xiàn)的問題。”

通過3D打印模型研究人員發(fā)現(xiàn)，如果他們不讓Cdc6蛋白加入這一“機(jī)器”，這臺(tái)“機(jī)器”機(jī)會(huì)堵塞，這意味著DNA復(fù)制過程就會(huì)停滯下來。3D打印可以快速將通過電子顯微鏡獲得的3D圖像數(shù)據(jù)制作成為物理模型的能力意味著，研究人員可以隨時(shí)得到自己需要的模型，并且不需要很大的代價(jià)或者很長時(shí)間的等待就能迅速作出調(diào)整。