Британские учёные получили изображения молекулы ДНК с самым высоким разрешением, когда-либо сделанные в истории исследования генетической программы человека. Снимки также выявили необычный «танец» структурных колец молекулы, прежде скрытый от глаз учёных ввиду недостаточного разрешения изображений.
Новое исследование учёных из Шеффилдского и Йоркского университетов, опубликованное в научном журнале Nature Communications, показало, что дезоксирибонуклеиновая кислота, более известная как ДНК, остаётся удивительно активной, даже будучи чрезвычайно скрученной и сдавленной внутри клетки. Исследователи обнаружили эти скрытые движения при помощи компьютерного моделирования молекулы на основе самых качественных снимков в истории современной науки.
Исследователям и ранее удавалось получить относительно неплохие изображения микроскопических молекул ДНК с их скрученной структурой, напоминающей вычурную винтовую лестницу. Однако возможности изучения молекулы были ограничены статичными снимками, которые совершенно не отображали, насколько интенсивным может быть движение генетических макромолекул. Чтобы наконец преодолеть порог статичности и познать реальную динамику физического поведения двухцепочных молекул, биофизики прибегли к использованию сканирующего атомно-силового микроскопа (АСМ) в комбинации с компьютерным молекулярно-динамическим моделированием.
В лабораторных условиях из коротких нитей ДНК исследователи «сшили» так называемые миникольца, которые хорошо поддаются программированию для переноса генетического материала и демонстрируют более высокий уровень экспрессии генов за счёт их малого количества. Согласно недавним исследованиям Стэнфордских биофизиков, миникольца не интегрируются в геном стволовых клеток, а значит их можно использовать для более безопасной генной терапии. Кроме того, эти структуры могут служить ранними индикаторами старения организма, а также свидетельствовать о развитии различных заболеваний, в том числе и онкологических.
При помощи атомно-силового микроскопа учёные сперва наблюдали за миникольцами в расслабленном состоянии. В таком виде молекулы были практически неподвижны, однако стоило исследователям придать кольцам лишние «супервитки», как те буквально пустились в пляс, раз за разом обретая всё более экзотические формы и становясь компактнее. Благодаря компьютерному моделированию на базе полученных снимков специалисты сумели рассмотреть позицию и ритм движений каждого атома в структуре молекулы.