Впервые в истории исследователям удалось измерить точную массу человеческих хромосом. Рекордные расчёты были осуществлены в ускорительном комплексе Diamond Light Source в Великобритании.
Открытие хромосом сразу несколькими независимыми авторами состоялось во второй половине XIX века. С тех пор многочисленные исследования были посвящены роли этих структур в формировании и функционировании живых организмов. Так учёные узнали, что в каждой клетке человеческого тела в норме содержится по 23 пары хромосом, включая 44 аутосомы и две половые хромосомы. Каждая хромосома состоит из одной молекулы ДНК, компактно упакованной в хроматин для размещения в клеточном ядре. Данные структуры предназначены для хранения, реализации и передачи наследственной информации: все эти задачи отображаются в изменении их облика в ходе клеточного цикла.
Массу молекулы ДНК учёные измерили в рамках проекта «Геном человека», продолжавшегося с 1990 по 2003 год, однако лишь почти 20 лет спустя исследователям удалось установить точную массу всего набора человеческих хромосом и каждой из 46 структур при помощи техники рентгеновской птихографии. Для этого им понадобился особый инструмент – источник синхротронного излучения в рентгеновском диапазоне, действующий в канале I-13 на базе ускорительного комплекса Diamond Light Source в Великобритании. При прохождении мощного рентгеновского луча через хромосомы происходит дифракция волн электромагнитного излучения, образующая интерференционный узор. Наблюдая данный узор, учёные смогли создать высокоточную 3D реконструкцию каждой хромосомы.
Предметом исследования стали белые кровяные тельца на стадии метафазы – именно на этом этапе митоза (непрямое деление клетки, способ репродукции эукариотических клеток) хромосомы находятся в максимально упорядоченном и стабильном состоянии. Используя технику птихографии учёные сумели установить количество электронов в каждой хромосоме. Поскольку масса покоя электронов является фундаментальной физической константой, исследователи смогли вычислить массу интересующих их структур. По расчётам исследователей, общая масса 46 хромосом в каждой клетке человеческого организма составляет 242 пикограмма (1 пг равен 10−12 или одной триллионной части грамма).
Результат в десятки раз превысил ожидания учёных, поскольку на молекулу ДНК приходится всего лишь двадцатая часть массы хромосомы. Это значит, что в хроматине – комплексе молекул ДНК и специфических белков, из которых состоят хромосомы – содержится немало компонентов, до сих пор неизвестных науке. Хотя природа этих компонентов всё ещё остаётся загадкой, учёные уверены, что их раскрытие подтолкнёт нас к более достоверному пониманию того, как работает тело человека и почему иногда некоторые процессы идут вразрез с нормой. Авторы исследования считают, что дальнейшая работа в данном направлении может преобразить восприятие множества отклонений в состоянии здоровья человека, а также позволит усовершенствовать их диагностику и лечение.
