根據以色列魏茨曼科學研究所的科學家的研究成果，蛋白質分子之間可以透過 DNA 進行進行長距離“交流”和“對話”，以此作為一種基因“開關”。 具體過程是：1個蛋白質分子與 DNA 分子上一個位點的結合可以在物理上影響另外1個蛋白質分子在遠處的另一個位點的結合。這種“同伴效應”（peer effect）會啟用某些基因的表達。 這種效應以前曾在人工系統中觀察到，但以色列科學家的研究首次表明它也發生在生物體的 DNA 中。該研究成果剛剛發表在最新一期的Nature Communications。
這個由化學與結構生物學系的 Hagen Hofmann 博士領導的團隊是在研究土壤細菌——枯草芽孢桿菌中的一種特殊現象時發現了這一機制的。 這些細菌中的一小部分表現出獨特的技能：透過吸收散佈在周圍土壤中的細菌基因片段來豐富它們基因組的能力。 這種能力取決於一種叫做 ComK 的轉錄因子，它與 DNA 結合可啟用與該技能有關的基因表達。 然而，這種啟用機制的一直不很清楚。
為此，該團隊使用先進的生物物理研究工具——單分子熒光共振能量轉移（FRET）和冷凍電鏡觀察了細菌 DNA。 特別是，他們專注於 ComK 蛋白結合的 DNA 分子上的兩個位點。
結果，他們發現，當2個 ComK 分子與其中一個位點結合時，它會發出一個訊號，促進另外2個 ComK 分子在第二個位點結合。 訊號可以在兩個位點之間傳播，因為原始蛋白質結合引發的物理變化會產生沿著 DNA 傳遞的張力，就像從一端扭一根繩子一樣。 一旦所有4個分子都與 DNA 結合，就會透過一個閾值，從而開啟細菌的從無到有基因表達能力。這相當於是發生在DNA分子上的別構啟用效應。
參與研究的Gabriel Rosenblum博士表示：“我們驚訝地發現，除了包含遺傳密碼外，DNA 還像一條通訊電纜，將資訊從一個蛋白質結合位點傳輸到另一個相對較長的距離。”
透過操縱細菌 DNA 並監測這些操縱的效果，科學家們澄清了 DNA 內長距離通訊的細節。 他們發現，要使兩個位點之間發生通訊或合作，這些位點必須彼此相距特定距離，並且它們必須面向 DNA 螺旋上的同一方向。 任何偏離這兩個條件的情況，例如增加距離，都會削弱交流。 發現在兩個位點之間執行的鹼基序列對這種通訊幾乎沒有影響，而 DNA 的斷裂則完全中斷了它，進一步證明了這種通訊是透過物理連線發生的。
DNA 分子內的長距離通訊是一種新型的調節機制——它開闢了以前無法設計的未來遺傳回路的方法，瞭解這些細節可能有助於為各種應用設計所需強度的分子開關。 後者可能包括基因工程細菌以清除環境汙染或合成用作藥物的酶。
