Ученые МГУ разбираются в логике «чтения» молекулярными механизмами «текста» из нуклеотидов
Сотрудники биологического и физического факультетов МГУ с помощью расчётов на суперкомпьютере «Ломоносов-2» смоделировали движение ДНК в геноме на атомном уровне и выявили новые механизмы включения и выключения генов. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Nature Communications. Среди авторов работы декан биологического факультета МГУ, академик РАН Михаил Кирпичников и студенты биофака. Каждая клетка нашего организма содержит идентичную генетическую информацию. Информация эта закодирована в виде химического шифра из нуклеотидов в генах на молекуле ДНК. Одна молекула ДНК — это нить, длиной примерно в человеческий рост. Упаковать длинную молекулу ДНК в компактное ядро помогают специальные белки гистоны, на которые ДНК специальным образом накручивается, словно нитка на катушку. Только на одну молекулу ДНК приходится множество гистонов, поэтому упакованная ДНК — хроматин — выглядит как череда соединенных катушек. Редкий человек столько за жизнь читывал, а учёные вот прочитали, да ещё и в зашифрованном виде, — рассказывает один из авторов статьи, декан биологического факультета МГУ академик РАН Михаил Кирпичников. Главный автор исследования, ведущий научный сотрудник кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ Алексей Шайтан поясняет: Насколько легко прочитать тот или иной ген определяется физическими законами, взаимодействиями атомов молекулы ДНК с атомами связанных с ней белков». — Молекула ДНК тоже натягивается и прокручивается между катушек-нуклеосом, эти процессы мы называем дыханием и скольжением». Чтобы разобраться с этим, учёные смоделировали на суперкомпьютере «Ломоносов-2» молекулярную динамику нуклеосом на атомном уровне на рекордно длинных для компьютерного моделирования временах — 15 микросекунд. В полученной модели учёные наблюдали, как ДНК откручивается от нуклеосомы и фиксировали происходящие при этом деформации ДНК, позволяющие молекуле скользить вдоль белкового ядра. Ученые также охарактеризовали детали процесса отворачивания ДНК и обнаружили белковую «застежку», которая удерживает ДНК в закрученном состоянии и ловит открученную ДНК. «Методами мультимасштабного моделирования нам удалось показать, что дыхание ДНК в нуклеосомах может значительным образом влиять на структуру хроматина», — говорит старший научный сотрудник биологического факультета МГУ Григорий Армеев. — Наши оценки производительности расчетов, проведенные совместно с сотрудниками биологического факультета МГУ, показывают, что скорость вычислений в расчете на один узел суперкомпьютера Ломоносов-2 возросла в пять раз за время последней модернизации, и процесс развития суперкомпьютерного комплекса МГУ необходимо продолжать и далее».Русская Планета