Учёные впервые визуализировали, как отдельные участки ДНК соединяются друг с другом. Компьютерное моделирование показало, что положительно заряженные ионы металлов помогают двойным спиралям ДНК выстраиваться рядом.
Эта работа помогает лучше понять, как клетки соединяют хромосомы перед тем, как распределить ДНК между яйцеклетками или сперматозоидами. Совпадающие хромосомы могут обмениваться информацией, а их соединение помогает им не разойтись не туда — примерно так же, как складывание носков помогает не потерять пару.
Однако сблизить две двойные спирали ДНК непросто: нити имеют отрицательный электрический заряд и отталкиваются. Ранее учёные предполагали, что положительно заряженные ионы могут способствовать тому, чтобы перекрученные нити ДНК соединялись, словно застёгивающаяся молния.
Исследователи из Шеффилдского университета в Англии использовали атомно-силовую микроскопию, чтобы увидеть, как соединяются короткие нити ДНК. Эта специальная методика работает примерно как проигрыватель виниловых пластинок, объясняет специалист по микроскопии Томас Кэтли. Очень острый кончик иглы перемещают по поверхности с исследуемыми молекулами.
«Мы отслеживаем, как движется этот кончик, и преобразуем движение в изображение — в основном так же, как проигрыватель превращает движение иглы в звук», — говорит Кэтли.
Соединившиеся нити ДНК похожи на скрученные волокна пряжи: их бороздки прилегают друг к другу.
Как соединяются молекулы ДНК
Компьютерные симуляции помогли объяснить механизм, который привлёк внимание Агнес Ной, вычислительного биофизика из Йоркского университета в Англии, после того как она увидела изображения. Положительно заряженные ионы металлов располагаются в бороздках спиральной структуры ДНК — там находятся основания, несущие генетическую информацию. Ионы образуют мостики с отрицательно заряженными участками остова ДНК.
Согласно результатам моделирования, нити ДНК расположены со сдвигом, так что положительные и отрицательные заряды чередуются. Противоположные заряды притягиваются и сближают нити. По словам исследователей, изображения и результаты моделирования подтверждают модель «молнии» ДНК.
Это знание может помочь биоинженерам создавать более совершенные конструкции ДНК-оригами, применяемые для доставки лекарств, а также лучше понимать биологические процессы, в том числе нарушения, связанные с некоторыми видами рака.