兩個DNA分子帶負電，依靜電學定律本應互相排斥。但在細胞內部，它們卻能彼此幾乎緊貼地靠近、平行排列，並形成穩定的接觸。
如今，研究人員首次得以直接看見這種靠近的結構。
約克大學與雪菲爾大學的科學家採用液態環境中的高解析度原子力顯微鏡，並將其與分子動力學電腦模擬相結合。在影像中，兩條DNA雙螺旋沿著數個螺旋圈並排相鄰，而且它們的幾何結構吻合得驚人地精確：大溝槽對齊大溝槽，小溝槽對齊小溝槽。
由此形成了一種宛如分子拉鍊般的結構。
離子成為橋樑
在此過程中扮演關鍵角色的是二價金屬離子——首先是鎂、鈣和鎳。
由於DNA的磷酸骨架帶負電，兩個分子自然會互相排斥。帶正電的離子會部分補償這種交互作用，並能在相鄰的螺旋之間形成獨特的橋樑。
但這個機制比單純的「中和電荷」更有意思。
模擬顯示，離子能夠位於DNA的大溝槽與小溝槽之內，並構築出在空間上有組織的接觸網絡。正因如此，兩條螺旋不僅僅是彼此靠近——它們還得以按照特定的幾何結構相互排列。
大約二十年前，阿列克謝·科爾內舍夫教授及其同事正是提出了這樣一種靜電「DNA拉鍊」模型。迄今為止，它在很大程度上仍停留在理論層面。
如今，研究人員獲得了它的直接結構證據。
並非所有離子的作用都相同
不同的金屬會產生不同類型的接觸。
鎳離子表現出與DNA特定區段更為局域化的交互作用。鎂和鈣則形成更多樣的鍵結網絡，並能同時參與小溝槽與大溝槽中的接觸。
這意味著化學環境能夠影響兩個DNA分子並排相鄰的穩定程度，以及它們彼此相對定向的方式。
然而，在此重要的是不要過度推論：這項實驗並未顯示DNA僅憑離子就能自行且準確無誤地辨識相同的序列。
研究人員觀察到相似序列之間以及相異序列之間皆有接觸。作者推測，序列的吻合可能有助於維持正確的對齊，並使接觸沿著分子延伸，但這一機制仍有待更詳細地研究。
DNA究竟為何要彼此靠近？
這類交互作用可能對細胞內的基本過程具有重要意義：染色體的組織、基因體各區段之間的交互作用，以及DNA分子必須尋找並比對相似序列的機制。
這項研究對DNA奈米技術也同樣具有意義。研究人員越了解是什麼力量促使兩條螺旋彼此靠近，以及離子如何影響這一過程，就越能精確地設計以DNA為基礎的人工結構——例如DNA摺紙結構及其他可程式化的奈米結構。
不過，這項研究最有趣的部分或許還在別處。
在分子層面上，生命不斷在解決一些乍看之下在物理上似乎不可能的任務。兩條帶負電的螺旋本應彼此分開——結果卻反而並排相鄰，精準地讓彼此的溝槽相互對齊。
而幾個微小的離子，便幫助將排斥轉化為有序的接觸。
