1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克、罗莎琳德·富兰克林、威尔金斯等人同时在《Nature》杂志发表了3篇论文，首次揭开DNA的结构之谜，人类正式开启了分子生物学时代。自此之后，DNA的双螺旋结构便深入人心。

实际上，DNA还能以其他的结构形式存在，例如三螺旋、四螺旋等。近几年，一种“四螺旋”的DNA结构广受关注，这种结构通常被称为G-四链体（G4s）。先前的研究发现，G4s在癌细胞内被大量检测到，可能与癌症相关基因关系密切，并且推测G4s或许可以用作早期癌症诊断和治疗中新的分子靶标。

然而，之前有关G4s的研究报道中所使用的观察技术往往需要杀死细胞或使用高浓度的化学探针，从而观察G4s的形成。因此，直到现在，G4s在正常活细胞中的实际存在和动态变化仍未被追踪到。

近日，剑桥大学、伦敦帝国理工学院和利兹大学等研究机构在《Nature Chemistry》上联合发表了题为：Single-molecule visualization of DNA G-quadruplex formation in live cells 的研究论文。该研究报道了一种荧光探针（SiR-PyPDS）能实时追踪到活细胞核中的G4s的单个结构分子，真正实现了在不干扰G4s动态折叠的情况下，在人活细胞中对其动态过程进行检测。

此项研究中，研究团队发明了一种新的、非常“明亮”的荧光探针分子——SiR-PyPDS，并且这种荧光分子被设计成可以非常容易地附着在G4s上。因此，研究人员可以通过单分子显微镜观察到比以前浓度低1000倍的新探针。

探针数量少意味着研究团队并不指望对细胞中的每一个G4s进行成像观察，而是要求可以识别和追踪单个G4s，以此了解它们的基本生物学功能，并且不影响它们在细胞中的总体普遍性和稳定性。

对此，文章的主要作者、新荧光标记方法的开发者 Aleks Ponjavic 博士说道：“我们的探针与G4结合仅几毫秒而不影响其稳定性，这使得我们能够在不受外界影响的情况下研究G4在自然环境中的行为。”

研究人员发现，G4s的形成和消散速度非常快，这表明它们的形成只是用来执行某种特定的功能，如果持续时间过长，反而可能对正常的细胞过程产生毒性。

Aleks Ponjavic等推测DNA形成G4s是为了暂时保持它的开放状态，并促进转录等过程——DNA解码并表达相应的蛋白。这意味着G4s是一种“基因表达”的结构形式，即激活DNA中的部分遗传密码。

更令人惊讶的是，研究团队发现G4s似乎与癌症相关基因有更多的关联性——在癌细胞中检测到更多的G4s。研究人员表示，通过对活细胞中G4s的单分子可视化技术，他们可以追踪G4s在特定基因中的作用以及它们在癌症中的表达方式。