Новое понимание «плавления» ДНК выявляет уязвимость в защите бактерий

Ученые пролили свет на процесс «плавления» ДНК — фундаментальный для всей жизни.

Исследователи из Имперского колледжа Лондона, использовавшие в экспериментах бактерии, считают, что эти результаты могут помочь в разработке методов уничтожения вредных микроорганизмов.

ДНК кодирует информацию для создания белков, которые необходимы для всех жизненных процессов. Молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепей, которые в норме скручены друг вокруг друга в спиральную структуру.

Когда клетке нужно производить белки, цепи сначала необходимо разъединить или «расплавить», прежде чем начнется фундаментальный клеточный процесс — транскрипция.

Поскольку транскрипция происходит и в клетках человека, новые данные могут дать представление о таких состояниях, как рак и другие заболевания.

Но хотя этот процесс плавления ДНК фундаментален для жизни, ученые до сих пор не знают всех деталей того, как клеточные механизмы захватывают и считывают ДНК.

В новом исследовании, опубликованном в Molecular Cell, команда использовала чрезвычайно мощную технику — криоэлектронную микроскопию, — чтобы физически увидеть, как в деталях происходит процесс плавления ДНК.

Эксперименты были сосредоточены на молекуле РНК-полимеразы, которая захватывает и разъединяет ДНК, а затем считывает последовательность в расплавленной цепи ДНК, чтобы создать молекулу РНК. Она затем используется в качестве шаблона для производства белков.

Результаты показали, что молекула РНК-полимеразы резко меняет форму, когда захватывает ДНК. Это изменение формы позволяет ей одновременно захватывать и «расплавлять» ДНК.

Ранее исследователи не были уверены, захватывает ли РНК-полимераза ДНК до разъединения цепей или же ДНК сначала расплавляется, а затем полностью захватывается полимеразой. Новые данные показывают, что эти два события — интегрированные процессы.

Профессор Сяодон Чжан, ведущий автор исследования, заявил, что эти открытия могут помочь ученым разработать более эффективные антибиотики.

«То, как плавится ДНК, — фундаментальная часть всей жизни — бактериальной и человеческой. Теперь, когда мы знаем, как РНК-полимераза меняет форму, чтобы расплавить ДНК, это открывает возможности для вмешательства в этот путь — и остановки роста бактерий».

Поскольку эта система производства белков одинакова у людей, эти находки также могут дать ключи к пониманию болезней, объяснил соавтор профессор Мартин Бак.

«Производство белков может нарушаться при таких заболеваниях, как рак, и эти результаты могут дать нам лучшее понимание того, как это происходит. Результаты также могут иметь значение для методов редактирования генов, таких как CRISPR, которые позволяют ученым вставлять или удалять гены, — поскольку они требуют целевого плавления генов».