一组科学家发现了有助于确保生命蓝图正常运作的物理原理——一系列的力和流体动力流。它的发现提供了对基因组的新见解，同时可能提供了一种新方法来发现与发育障碍和人类疾病有关的基因组畸变。

“基因组在细胞核内的组织和包装方式直接影响其生物功能，但这种组织背后的物理原理还远远没有被理解。”纽约大学物理系副教授亚历山德拉·齐多夫斯卡(Alexandra Zidovska)解释说，她是这篇发表在《物理评论X》(PRX)杂志上的论文的作者之一。“我们的研究结果为细胞核内基因组组织的生物物理起源提供了基本的见解。”

“这些知识对于理解基因组的功能至关重要。”加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系教授、该论文的作者之一大卫·塞蒂兰补充道。

“我们的发现显示了物理学在基因组组织及其功能中的关键作用。”迈克尔·雪莱(Michael Shelley)说，他是纽约大学库朗数学科学研究所的教授，也是熨子研究所的研究员，也是该论文的作者之一。

该团队的成员还包括前熨子研究所计算生物学中心的温燕和加州大学圣地亚哥分校的博士生Achal Mahajan，他们专注于核质(基因组浸泡在其中的流体)的作用以及驱动其组织的力量。

具体来说，科学家们研究了细胞核中酶作用于染色体物质或染色质上的力。在这里，这些力启动过程，如转录，并以影响染色质空间排列的方式起作用。

这种组织影响生物功能。但是，尽管这一过程在传递遗传信息方面起着至关重要的作用，但其背后的物理原理却不透明。

为了更深入地了解这一动态，科学家们将注意力集中在基因组的主要部分，常染色质和异染色质的划分上。常染色质主要含有主动转录基因，它们驱动表达;异染色质含有沉默的基因，因此在细胞中不表达。

为了捕捉这一点，他们创建了一个计算机建模系统，通过一系列模拟来复制这一过程。在他们的模型细胞核中，23个染色质纤维——人类基因组中染色体的数量——被建模为软链，并被塞进一个充满液体的球体中。每条链被划分为活跃区域，或常染色质，和被动异色区域。

细胞核充满了染色体，在这幅图中用不同的颜色表示。它的染色体排列受到基因组上的主动力和它们的水动力相互作用的影响。图片来源:Achal Mahajan，加州大学圣地亚哥分校

他们发现，当主动力作用于染色质纤维时，它们会在周围的流体中产生流动，这反过来又会影响周围染色质的运动和定位。

这些力推动了纯色部分，并驱动了导致基因组主要空间重排的流，特别是导致异染色质隔室的形成。

齐多夫斯卡解释说:“纯色或活性部分将异色或不活性部分推开，并将它们聚集在一起。”“这就是细胞如何有效地存储非活性基因。

“这对我们的健康至关重要——如果这个过程出错，有机体就不能正常形成，并可能导致发育障碍和其他疾病，比如癌细胞的发展。”

描述这一过程的图像和视频，以及说明文字和字幕，可以从谷歌驱动器访问。

本研究得到了美国国家科学基金会(CMMI-1762506, DMS-2153432, CMMI-1762566, DMS-2153520, DMR-2004469, CAREER PHY-1554880和PHY-2210541)的资助。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。