Ученым удалось получить фото молекулы ДНК с самым высоким разрешением из когда-либо сделанных. На снимках видно, что атомы «танцуют». Они извиваются и изгибаются. Эксперты из университетов Йорка, Лидса и Шеффилда объединили атомную прогрессивную микроскопию с суперкомпьютерным моделированием для изготовления видеозаписей молекул. Более подробно о новом изыскании ученых поговорим далее.
Что видно на видеозаписи
Компьютерное моделирование в сочетании с атомной микроскопией позволило ученым отображать и отслеживать положение и перемещение каждого атома в отдельной цепи ДНК. Британские эксперты, проводившие изыскание, заявили, что наблюдение за ДНК в таких деталях может помочь ускорить создание новых технологий генной терапии.
На видеозаписи с небывалой детальностью можно увидеть, как напряжение, которому подвергается ДНК, пребывающая внутри клеток, может трансформировать ее форму. Ранее ученые могли наблюдать за ДНК лишь при помощи микроскопов, умеющих снимать статические картинки. На видео можно различить движение атомов.
На кадрах видна двойная знаковая спиральная конструкция ДНК. Эксперты отследили положение каждого ее атома. Также они показали, как атомы изгибаются и скручиваются. Известно, что в каждой крохотной человеческой клетке находится ДНК длиной 2 м! Чтобы поместиться в таком маленьком пространстве ДНК эволюционировала. Необходимо отметить, что в клетке ДНК должна скручиваться и переворачиваться.
Это говорит о том, что поворачивающаяся ДНК находится в геноме повсюду. Она формует скрученные конструкции, которые выказывают более активное поведение, чем их умиротворенные аналоги.
Что обнаружили ученые
Ученые изучили мини-круги ДНК, которые являются специфическими, так как концы молекулы соединены друг с другом. Эта молекула похожа на петлю. Благодаря этой петле изыскатели смогли добавить мини-кругам ДНК еще один поворот, в результате чего ДНК начала «танцевать» более энергично.
Когда эксперты сняли ДНК без каких-либо изгибов, они обнаружили, что она пребывает в расслабленном состоянии. Когда они трансформировали ДНК, она вдруг стала активной и начала принимать разнообразные экзотические формы. Ученые установили, что эти «танцевальные» движения требуются для поиска связывающих партнеров-атомов для ДНК. Когда она принимает более разнообразные формы, большее число иных молекул находят это интересным. Это напоминает брачный танец многих представителей фауны!
Прежнее изыскание продемонстрировало, что мини-круги ДНК – это потенциальные индикаторы старения и здоровья. Они могут представлять собой ранние маркеры недугов. Так как мини-круги ДНК умеют изгибаться и скручиваться, они также могут становиться весьма компактными.
Что говорят ученые
Возможность столь тщательного исследования ДНК может ускорить создание новых методик терапии генов за счет применения способностей уплотненных и скрученных кругов ДНК проникать в клетки. Доктор Пайн Элис, профессор кафедры мягких материалов и полимеров в Университете Шеффилда, говорит: «Видеть, значит, поверить. Так как ДНК очень маленькая, рассмотреть спиральную конструкцию ее молекулы было слишком сложно. При помощи созданных нами видеороликов мы можем отслеживать скручивание ДНК со степенью детализации, которой ранее достичь было невозможно».
«На наших видео можно увидеть ДНК полностью. Теперь мы пониманием, насколько молекулы ДНК изогнутые, морщинистые, пузырчатые или денатурированные. Мы также можем рассмотреть их странную форму, которую мы планируем контролировать в будущем», — говорит профессор Линн Зехидрих из Медицинского колледжа Бейлора (Хьюстон, штат Техас, США).
Руководитель изыскания, доктор Сара Харрис из Университета Лидса, сообщила, что работа демонстрирует, что законы физики можно применять как к маленькой ДНК, так и к целым галактикам и субатомным частицам. «Чтобы понять физику петлевой ДНК, мы можем применять суперкомпьютеры. Это может помочь экспертам создать индивидуальные мини-круги для различных терапий», — пояснила Сара Харрис.
Изыскание «Объединение моделирования молекулярной динамики с атомно-силовой микроскопией высокого разрешения» обнародовано в издании Nature Communications.
О мини-кругах более подробно
Мини-кругами именуют круглые элементы ДНК, которые ученым легче программировать для различных манипуляций. Молекула ДНК формует петлю, так как ее концы соединены. Она лишена источников репликации или маркеров устойчивости к антибиотикам. Эти мини-круги можно применять для производства стабильных экспрессий в тканях или клетках, которые в дальнейшем ученые хотят задействовать в генной терапии.
Немного о ДНК человека
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – это сложная химическая субстанция, которая находится почти во всех живых организмах и несет генетическую информацию. Известно, что ДНК расположена в ядрах клеток, в хромосомах. Практически каждая человеческая клетка имеет идентичную ДНК, состоящую из следующих химических оснований: тимина (Т), аденина (А), цитозина (С) и гуанина (G). Конструкция двойной спирали ДНК появляется посредством связывания гуанина с цитозином и тимина с аденином.
В человеческой ДНК находится 3 млрд оснований, более 99 % которых одинаковы у всех людей. Порядок баз устанавливает, какие данные доступны для поддержания организма (идентично тому, как буквы алфавита формуют предложения). Основания ДНК связываются друг с другом, а также подсоединяются к молекулам фосфата и сахара, объединяясь с нуклеотидами.
Нуклеотиды располагаются в двойной спирали, которая имеет вид лестницы, где пары оснований формуют ступеньки, а молекулы фосфата и сахара создают боковые вертикальные части.
Недавно впервые была найдена новая форма ДНК внутри живых человеческих клеток. Эта форма получила название i-motif. Она больше похожа на скрученный «узел» ДНК, чем на хорошо известную двойную спираль. Ученые еще не знают, какую функцию исполняет i-motif, но полагают, что она может быть задействована в «чтении» последовательностей ДНК и трансформации их в полезные субстанции.