Первое видео репликации ДНК: все не так, как мы ожидали
05.03.2018
11 тыс.
7,5 тыс.
4 мин 30 секунд
Кажется, придется переписывать учебники.
Вот одно из самых показательных научных достижений человечества — в июне 2017 исследователи впервые в истории сняли на видео репликацию одной молекулы ДНК, и результаты породили новые вопросы.
Видео в режиме реального времени показало, что в этом фундаментальном для жизни процессе необычайно высокий процент “случайности”, и это уточнение может привести к переосмыслению того, как генетическая репликация избегает мутаций.
“Это значительный сдвиг парадигмы, которые перечеркивает многое из того, что сейчас написано в учебниках, — говорит один из членов команды, Стефан Ковальцуковски (Stephen Kowalczykowski) из Калифорнийского университета в Давосе. — Это новый взгляд на репликацию, порождающий новые вопросы.”
Двойная спираль молекулы ДНК состоит из двух переплетающихся цепочек генетического материала, состоящего из четырех базовых азотистых оснований: аденина, гуанина, цитозина и тимина (А, Г, Ц, Т).
Репликация происходит, когда энзим под названием гер-белокрасплетается и разъединяет двойную спираль на две цепочки.
А второй энзим, называемый ДНК-праймазой, синтезирует праймеры и присоединяет их к каждой из этих отдельных цепочек. Полимераза, третий энзим, прикрепляется к праймеру и добавляет необходимые основания, чтобы получилась новая целая двойная спираль.
Можете посмотреть на этот процесс в видео:
Тот факт, что двойные цепочки создаются из двух цепочек, бегущих в обратных направлениях, предполагает, что одна из этих цепочек должна быть ‘лидирующей’, заплетающейся вокруг первой, а вторая — ‘отстающей’.
Новый генетический материал, прикрепляющийся к отдельным половинкам оригинальной ДНК в процессе репликации, является точной копией оригинала.
И когда лидирующая цепочка отсоединяется, энзимы добавляют основания, идентичные тем, что были на оригинальной отстающей цепочке, а после отцепления отстающей, энзимы создают ей в пару копию лидирующей.
Ученые долгое время считали, что полимеразы ДНК на лидирующей и отстающей цепочках каким-то образом координируются друг с другом во время репликационного процесса для того, чтобы один не обгонял другой в процессе распутывания и не появлялись мутации.
Но по видео стало понятно, что никакой координации нет, — каким-то образом каждая цепочка действую независимо от другой, и все равно в результате получается точная копия.
Команда отделила молекулы ДНК из бактерий E. coli (кишечная палочка), и рассмотрела их под микроскопом. Затем они добавили краситель, выделивший полные двойные цепочки, но не одинарные, для того, чтобы отследить превращение одной двойной спирали ДНК в две новые.
Хотя ДНК человека и бактерии отличаются, процесс репликации у нас такой же, поэтому съемка раскрывает то, что происходит и у нас в организме.
Команда обнаружила, что в среднем скорость репликации двух цепочек совпадает, но во время самого процесса иногда происходят неожиданные паузы и резкие старты, словно они действовали как две независимые сущности, действующие по своим графикам.
Порой отстающая цепочка прекращала синтез, в то время как лидирующая продолжала расти. В других случаях одна из цепочек могла неожиданно и без причины начать реплицироваться с десятикратной скоростью.
“Мы показали, что между цепочками нет координации. Они абсолютно автономны,” — говорит Ковальциковски.
Исследователи также обнаружили, что из-за недостатка этой самой координации спирали ДНК порой приходится ‘нажимать аварийную кнопку’, которая останавливает расщепление гер-белка, чтобы полимераз мог догнать процесс.
Встал новый вопрос: если эти две цепочки действуют независимо, видео является доказательством, то как разматывающая двойная спираль контролирует процесс и минимизирует мутации, регулярная нажимая на тормоза или наоборот вовремя ускоряясь?
Надеемся, что это та загадка, которую ученым поможет разгадать подобная видеозапись. А также это хорошее напоминание нам, ведь мы так любим думать, что у природы есть какой-то план или общая систем. В реальности, все намного более беспорядочно.
Исследование было опубликовано в Cell.
Комментариев нет:
Отправить комментарий