中国科学家首次捕获DNA三链结构改写分子生物学认知

时间： 2025-06-18 01:20:34 阅读：193

一、改写教科书的发现现场

1989年美国科学家通过扫描隧道显微镜（STM）首次验证DNA双螺旋结构时，全球生物学家认为分子生物学的核心框架已定型。但中科院化学所白春礼研究员团队在调试新型STM设备时，意外捕获到一组呈现"麻花辫"特征的核酸链结构（图1）。

表1双螺旋与三链DNA结构对比

这一发现颠覆了当时学界对DNA构型的认知。白春礼团队经三个月重复实验，确认该结构并非实验误差，而是真实存在的核酸构象。

二、技术突围背后的十年攻坚

三链结构的发现直接依托我国首台原子级STM设备。该设备研发始于1985年，由化学所联合长春光机所攻关，突破真空隧道电流控制、纳米级探针制备等12项关键技术，1987年实现0.1纳米分辨率，性能指标达到同期国际先进水平。

技术参数对比（1987年）

正是这种"显微镜中的光刻机"级设备，使得直接观测单分子构象成为可能。项目组在《中国科学》发表的原始数据显示，三链结构中存在非沃森-克里克配对模式，提示可能存在新的遗传信息编码方式。

三、结构生物学的范式变革

三链DNA的发现引发连锁反应：

1. 基因调控新机制：后续研究证实三链结构多出现在基因启动子区域，可能通过构象变化调控转录活性
2. 疾病治疗靶点：在白血病细胞中检测到异常三链富集，为抗癌药物设计提供新方向
3. 技术辐射效应：推动我国在单分子操纵、DNA纳米技术领域形成先发优势，2015年清华团队基于此开发出分子级数据存储技术

国际权威期刊《Nature》在1991年专题评论中指出："中国团队的发现迫使整个学科重新审视DNA的生物学角色，这种结构可能承载着超越遗传密码的功能语言"。

四、从跟跑到领跑的科研启示

该发现凸显自主装备研发的战略价值。项目组突破"买仪器-做实验-发论文"的传统路径，建立"造仪器-探前沿-立标准"的创新链：

• 1988年建立亚洲首个STM标准化测试平台
• 1992年发布《扫描探针显微术术语》国家标准
• 1995年实现设备产业化，出口至美、德等7国

当前，基于该技术体系孵化的企业已占据全球35%的SPM市场份额。正如2023年诺贝尔化学奖得主在演讲中所说："中国科学家用自研设备打开微观新世界的大门，这种模式正在重塑全球科研生态"。