人類的日常生存環境中存在著無數病原體，而抗體是人體免疫系統對抗外界病原體入侵的主要分子“士兵”。

這些人類的抗體分子由B淋巴細胞分泌的免疫球蛋白構成。當病原體入侵免疫系統時，淋巴細胞通過基因突變等方法，利用甚至不足一百納米的DNA編碼多種多樣的抗體分子，“以萬變應萬變”，產生能夠針對性結合入侵病原體的抗體分子，這個過程被稱為抗體親和力成熟。

人體細胞內部總長2米的DNA鏈條上，有的地方筆直如橋梁，有的地方彎彎繞繞如鄉間小路。 受訪者 供圖

抗體分子在分子水平上長得像一個兩臂舉著武器的字母“Y”，最頂端的氨基酸是識別病原體的“武器”，而下方“身體”部分的氨基酸則負責維持抗體結構的穩定和信息傳遞。不同的抗體分子擁有大致相同的“身體”，但它們頂部的“武器”卻千差萬別。

1981年，美國免疫學家大衛·巴爾的摩等人發現，在抗體親和力成熟過程中，基因突變更傾向于發生在編碼識別病原體的“武器”區域。在一百納米的范圍內，基因突變為何具有偏好性，一直是分子免疫學家苦苦追尋的問題。

4月24日深夜，國際學術期刊《細胞》在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）孟飛龍研究組和上海交通大學醫學院上海市免疫學研究所葉菱秀研究組的合作研究論文。這一工作發現抗體基因DNA的力學性能，特別是柔性，決定了抗體親和力成熟過程中的基因突變效率。

在人體免疫系統中，B淋巴細胞是制造抗體士兵的工廠。它可以解讀抗體基因遺傳信息，并將其加工為一個個合格的士兵。“胞苷脫氨酶AID”是B細胞工廠流水線上的“魔鬼教練”，他可以在抗體基因上制造基因突變，從而打造不同的抗體士兵。在抗體士兵的“武器”區域產生突變，可以產生擁有不同武器的士兵。但是如果在抗體士兵的“身體”部位產生突變，則可能產生不合格的士兵。

為什么在抗體基因上“武器”區域更容易發生突變，而“身體”區域的突變相對較少？上海科學家的工作發現，原來抗體基因上“武器”區域更加柔軟，“身體”區域相對僵硬。在柔軟的地方，“魔鬼教練”更容易訓練該處的基因，從而產生更多的突變。

這是“魔鬼教練”（工具酶）和士兵材料（底物DNA）在漫長的進化過程中雙向奔赴的結果。相關機制在人類、猴子、小鼠、羊駝、兔子、狗甚至是鴨嘴獸中都普遍存在。

在人體細胞內部總長2米的DNA鏈條上，有的地方彎曲，有的地方筆直。該工作發現在抗體士兵制造過程中，DNA的柔性發揮了重要作用，也提示DNA柔性等力學性質可能在其它生命活動如腫瘤發生發展中，發揮重要作用。

分子細胞科學卓越創新中心博士生王燕燕為該論文的第一作者，中心孟飛龍研究員和上海交通大學醫學院葉菱秀研究員為該論文的共同通訊作者。

上海師范大學數學系博士生張森欣在數據分析，上海交通大學博士生楊欣瑞在分子動力學模擬，哈佛大學Joyce Hwang和王寵在模型構建等方面作出重要貢獻。