Молекулы ДНК в нашем организме несут генетическую информацию, закодированную в сегментах, называемых генами. Каждый ген кодирует определенный атрибут, функцию или функцию в живых организмах.
Однако гены регулярно повреждаются, и их необходимо восстанавливать.Во время одного процесса репарации, называемого гомологичной рекомбинацией, поврежденный, сломанный ген заменяется тем же геном из резервной интактной копии ДНК.
Ошибки из-за замены «неправильных» генов приводят к различным генетическим нарушениям, таким как прогерия, вызывающая быстрое старение.Помимо восстановления генов, гомологичная рекомбинация имеет решающее значение для воспроизводства и эволюции, поскольку она позволяет смешивать вместе гены, которые мы получаем от каждого родителя.
Так называемые рекомбинационные белки осуществляют копирование и замену генов в этом процессе.Хотя белки ответственны за процесс рекомбинации, заранее не было известно, как гомологичные гены находят друг друга.
В ДНК человека более 20 000 генов, а цепи ДНК скручены в сложные пучки, называемые хромосомами, поэтому найти гомологичный ген на другой цепи ДНК — непростая задача.Эксперименты с несколькими молекулами ДНК, проведенные в 2008 году исследовательской группой из Имперского колледжа Лондона и Национального института здоровья (NIH), обнаружили доказательства того, что молекулы ДНК с одним и тем же генетическим кодом могут находить свои совпадения без какой-либо посторонней помощи — без белков. или другие молекулы направляют их друг к другу.Эти эксперименты показали, что два набора относительно коротких идентичных двухцепочечных фрагментов ДНК, случайно смешанных в растворе, спонтанно группируются вместе с фрагментами того же типа. Более позднее исследование, проведенное учеными из Гарвардского университета под руководством профессора Мары Прентисс, обнаружило дополнительные доказательства спаривания более длинных гомологичных двухцепочечных ДНК.
Теперь, в новом совместном исследовании Гарварда и Империи, опубликованном сегодня в Proceedings of the Royal Society A, команда представляет доказательства притяжения между длинными идентичными участками ДНК внутри одной молекулы. Команда Гарварда отвечала за эксперименты, в то время как группа Imperial была сосредоточена на анализе и интерпретации данных.
Команда из Гарварда прикрепила один конец двухцепочечной ДНК ко дну очень маленького контейнера с раствором, а к другому концу прикрепила магнитную бусину. Это позволило им манипулировать молекулой и тянуть ее прямо с помощью магнита.Они сконструировали двухцепочечные молекулы ДНК, содержащие длинные участки, несущие один и тот же генетический код рядом друг с другом и идущие в противоположных направлениях — голова к голове — и сравнили их поведение с ДНК без идентичных участков.Команда заметила, что при оттягивании магнитной бусины от дна контейнера с фиксированной силой молекулы ДНК с идентичными участками распрямлялись меньше, чем другие молекулы ДНК.
Причина этого в том, что молекулы с совпадающими участками складывались сами по себе и образовывали петлю, тем самым спаривая идентичные гены.С 2001 года группа профессора Алексея Корнышева на химическом факультете Империал разрабатывает и предлагает физические механизмы спаривания идентичных последовательностей ДНК. Важную роль в этом исследовании сыграл доктор Доминик Ли, ведущий автор настоящей статьи.Доктор Ли сказал: «Доказав взаимодействие между идентичными последовательностями в отдельных молекулах ДНК в этих новых экспериментах в Гарварде, следующим шагом будет дальнейшее исследование механизма распознавания.
Независимо от этого, мы также надеемся, что новый результат запустит эксперименты на реальных клетках, чтобы увидеть, происходит ли процесс распознавания таким же естественным образом для гомологичных генов ».Соавтор, профессор Корнышев, добавил: «Мы очень рады видеть такое поведение в пробирке.
Если такие механизмы каким-то образом используются природой, это еще одна функция, закодированная в удивительной структуре ДНК, которая никогда не перестает нас удивлять».