DNA复制是生命的根本，遗传信息在各代细胞之间的忠实传递对所有生物体的生存和健康至关重要。它是由一个错综复杂的细胞机器进行的，被称为复制体，由蛋白质构建块组成。这个机器的一个关键组成部分是CMG，它是在DNA复制过程中为复制体提供动力的分子马达。

CMG的重要任务是分离DNA双螺旋的两条链，以便它们所编码的信息能够被读取和复制。研究人员和该出版物的第一作者Daniel Ramírez Montero说："了解CMG如何沿着DNA移动对于我们理解DNA复制至关重要。研究DNA复制是非常重要的，因为这一过程中的错误可能导致遗传疾病或癌症。"

实验装置示意图：（上图）用光学镊子（红色光束）固定含有CMG的DNA分子，同时用扫描激光（绿色光束）对其进行拍照；CMG马达用蓝色描述。 下图）用光学镊子固定在未标记的DNA分子上的荧光标记的CMG分子马达（绿点）的实际图像。资料来源：改编自Ramirez Montero, et al, Nature Communications, 2023。

在活细胞中，CMG是通过涉及36种不同蛋白质的复杂的生物化学反应级联来组装和激活的。由斯宾诺莎奖得主Nynke Dekker教授领导的一组代尔夫特大学研究人员与弗朗西斯-克里克研究所小组负责人John Diffley博士合作，开发了一种在细胞外进行这一严格控制的过程并测量单个CMG分子马达运动的方法。研究人员从细胞中提取了所有36种蛋白质，在DNA上建立起CMG。通过将荧光标签附着在一些蛋白质上，他们可以在荧光显微镜下直接观察CMG分子马达的运动。

"通过这种新方法，我们能够观察到从无到有的单个CMG的运动。我们用光学镊子夹住含有CMG的DNA不动，以便于观察，然后拍摄CMG沿DNA移动的影片。"Ramírez Montero解释说："通过这种方式，我们可以首次在单分子水平上测量其运动。"

CMG马达沿着一个由光学陷阱固定的DNA分子移动的例子。资料来源：摘自Ramírez Montero, et al., Nature Communications, 2023。

利用他们自下而上的方法，结合尖端的生物化学和生物物理学，该研究小组首次能够直接看到从头开始组装的单个CMG马达的运动，并以前所未有的分辨率测量这种运动。此外，他们还意外地发现，当一种叫做ATP的关键分子不存在时，CMG可以沿着DNA随机移动；此外，他们还表明，随后ATP的重新结合使得CMG能够紧紧抓住DNA，从而停止其随机运动。这种停止是很重要的，因为它可能促进了CMG的激活，这是启动DNA复制的一个关键过程。

这项工作将为进一步的研究铺平道路，这些研究可能会发现DNA复制中关键过程的未知细节。这些发现反过来可以让我们更接近了解细胞如何在每次细胞分裂时忠实地传递它们的遗传信息，以及更好地了解这一过程中可能导致遗传疾病或癌症发展的错误。

生物系统乍看之下可能非常复杂和混乱，但通过在这种分辨率下观察它们，我们可以理解它们背后简单而优雅的物理学。