Учёные Северо-Западного университета сделали значительный шаг в понимании того, как механические силы влияют на начальные этапы разделения ДНК — процесса, лежащего в основе репликации и восстановления двойной спирали. Новое фундаментальное исследование, по мнению специалистов, заложит базу для будущих медицинских прорывов.

Большинство экспериментов по изучению структуры и поведения ДНК традиционно проводят в лабораторных условиях, где молекулы помещают в водные растворы, лишённые других взаимодействующих частиц. Для разрыва двойной спирали обычно требуется нагрев, причём температуры превышают физиологические нормы. Однако внутри живой клетки ситуация иная: пространство насыщено белками и другими молекулами, которые механически воздействуют на ДНК, облегчая либо затрудняя её разделение.

Профессор Джон Марко поясняет: «В клетке ДНК окружена множеством молекул, а в экспериментах мы имеем почти пустое пространство. Представьте, будто рядом с двойной спиралью находятся бильярдные шары, которые сталкиваются с ней и мешают разъединению цепей».

Используя методы микроскопического магнетизма, команда исследователей смогла оценить, как скученность молекул влияет на механические свойства ДНК. Под руководством Марко была разработана специальная методика измерения механических нагрузок, возникающих при увеличении плотности окружающей среды. Учёные добавили в раствор с ДНК три вида молекул — глицерин, этиленгликоль и полиэтиленгликоль (размером 2–3 нанометра), чтобы сравнить их влияние.

В ходе эксперимента выяснилось, что одни молекулы вызывают дегидратацию ДНК, ослабляя связи между нуклеотидами, а другие, напротив, стабилизируют структуру спирали. Такой подход позволил смоделировать конкуренцию между клеточными белками, которые в реальных условиях способны аналогично воздействовать на ДНК, например, борясь за водные ресурсы клетки и влияя на её дегидратацию.

Следующим этапом исследователи планируют приблизить экспериментальные условия к реальным внутриклеточным, чтобы изучить, как высокая концентрация различных молекул влияет на работу ферментов, взаимодействующих с ДНК.

Ранее, как отмечается, учёные из Еврейского университета показали, что транспортировка протонов в клетках регулируется не только химическими, но и квантово-механическими процессами, что открывает новые перспективы для диагностики и разработки лекарственных средств.