Ученые из Северо-Западного университета улучшили понимание механизма разделения цепей ДНК, создав более точную модель внутриклеточной среды. Оказалось, что для начала репликации или восстановления спирали необходим больший объем механической энергии, чем полагалось ранее.
По данным Phys.org, обычно ДНК изучают в лабораторных условиях, изолируя ее в водных растворах, где отсутствуют взаимодействующие молекулы. Для разделения цепей часто применяют высокие температуры, превышающие физиологические значения клеток. Однако в реальной клетке среда чрезвычайно насыщена различными белками, которые механическим способом разворачивают и расщепляют двойную спираль.
«Внутри клетки пространство заполнено множеством молекул, тогда как эксперименты проводятся практически в пустоте. Представьте ситуацию, будто рядом с двойной спиралью находятся бильярдные шары, ударяющие по ней и мешающие раскрытию», — поясняет профессор Джон Марко.
Используя методику микроскопического магнетизма, исследовательская группа смогла оценить влияние скученной среды на ДНК. Под руководством Марко была разработана техника, позволяющая измерять механические нагрузки, возникающие при уплотнении пространства вокруг ДНК. В своей работе ученые сравнили воздействие трех типов молекул — глицерина, этиленгликоля и полиэтиленгликоля, добавив их в раствор, содержащий ДНК. Размеры каждой молекулы составили примерно 2−3 нанометра.
Ученые стремились создать разнообразный набор молекул, часть из которых дегидратируют ДНК, ослабляя связи между нуклеотидами, а другая часть способствует ее стабилизации. Такой механизм отличается от процессов, происходящих в живых клетках, хотя легко представить, что конкурирующие между собой клеточные белки способны оказывать сходное влияние. Например, если белки вступают в борьбу за водные ресурсы, это ведет к дегидратации ДНК.
Теперь ученые планируют расширить область исследований, приближаясь к созданию модели, максимально соответствующей условиям реальных клеток. Они хотят изучить, каким образом повышенная концентрация молекул воздействует на ферменты, взаимодействующие с ДНК.
Ранее специалисты Еврейского университета доказали, что транспортировка протонов в клетках управляется как химическими, так и квантово-механическими законами, что может привести к прорывам в диагностике и разработке лекарств.