Учените наблюдават как бактериите поправят счупена ДНК в реално време, за да видят как точно се прави

Илюстрация на нажежаема жичка RecA (Дейвид Гудсел)

Поправянепрекъсвания в генитесъс скорост и съвършенство може да бъде въпрос на живот и смърт за повечето организми. Дори най-простите промени в последователност рискуват катастрофа, особено ако промененият код е отговорен за критична функция.

През изминалия половин век биолозите са изследвали механизмите, включени, за да съберат заедно повечето от основните стъпки, включени в извършването на верни поправки в ДНК. И все пак една част от процеса остава разочароващо неясна.

Чрез маркиране на ключови ензими и ДНК с флуоресцентни етикети и наблюдаване на процеса на възстановяване в реално време в Ешерихия коли модел, изследователи от университета в Упсала в Швеция са попълнили липсващите подробности за това как бактериите намират шаблоните, на които разчитат, за да поддържат генетичните поправки без грешки.

Един трик, който повечето живи същества използват, за да поддържат кода си в ред, е процесът на хомоложна рекомбинация , биологичният еквивалент на сравняване на две различни версии на скрипт, за да се уверите, че копието не е въвело грешки по погрешка.

Чрез задържане на неповредена версия на последователност до ремонтна работа, клетката може да гарантира, че не са настъпили промени, когато отрязаните краища са били залепени заедно.

Молекулярните биолози знаят от известно време, че рекомбиназен протеин RecA играе ключова роля в управлението на този процес. Това е толкова важен ензим за поддържане на целостта на ДНК, че някаква негова версия е открит в почти всеки изследван вид.

Когато двуверижна „стълба“ от ДНК щракне напълно, комплекс от протеини се захваща за работа, като хваща отрязаните краища и ги подрязва спретнато, така че RecA да може да се намести и да си свърши работата.

Това включва протеина, който се простира в дълъг клъстер, образувайки нишка от протеин и нуклеинова киселина, която е способна да задържи както счупената верига, така и втора, непокътната стълба от неразрушена ДНК.

Това знаят учените. Оттам нишката трябва да намери правилната последователност, която да служи като точка за сравнение. Как нишката управлява това търсене за достатъчно кратко време е мистерия през по-голямата част от 50 години, усложнена от милионите базови двойки, които трябва да бъдат проверени сред сложните обрати на хромозомата.

За да разберат по-добре времето и навигацията на ензима по време на работа, изследователите отглеждат хиляди E.coli клетки в поредица от малки канали, които им позволяват да следят отделните бактерии, докато са експериментирани с тях.

С клетките на място учените направиха точни прекъсвания в тяхната ДНК, използвайки CRISPR генно редактиране, маркиране на отрязаните краища с флуоресцентни маркери, за да се визуализира местоположението на счупването под микроскоп.

„Чипът за микрофлуидна култура ни позволява да проследим съдбата на хиляди отделни бактерии едновременно и да контролираме индуцираните от CRISPR прекъсвания на ДНК навреме“, казва Молекулярният биолог от университета в Упсала Якуб Виктор.

Накрая използваха антитела за идентифициране на местоположението на нишките RecA, когато са се настанили на място и са започнали да търсят библиотеката си.

Химически сигнал съобщи на екипа кога целият ремонтен процес е завършен. Средно са били необходими само 15 минути за E. coli да довърша работата.

Изненадващо, обикновено отнема само девет от тези минути на протеина да намери правилния шаблон.

Тайната изглежда е в конструкцията на нуклеопротеиновата нишка на RecA. Тази нишка се простира през клетката, хващайки хромозомата и се плъзгайки надолу в търсене на съвпадение с последователността в нейния обхват.

Въпреки че това може да не звучи толкова ефективно, всъщност не е по-различно от методичното ходене нагоре-надолу по пътеките на библиотеката в търсене на книга, която отговаря на номера за повикване от каталога.

„Тъй като краищата на ДНК са включени в това влакно, достатъчно е всяка част от нишката да намери скъпоценния шаблон и по този начин търсенето теоретично се намалява от три на две измерения“, казва Арвид Гино.

„Нашият модел предполага, че това е ключът към бързото и успешно възстановяване на хомологията.“

Въпреки че това изследване е проведено върху бактерии, фактът, че RecA е толкова сходен в цялата биосфера, го прави подходящ за нашите собствени тела.

Сега, след като знаем как работи процесът, можем да започнем да търсим признаци на ситуации, при които ремонтът на собствената ни ДНК се обърка, отваряйки пътя към разбирането на произхода на болести като рак .

Това изследване е публикувано в Природата .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.