Лазерный прожектор показал, как молекулярная машина «карабкается» по ДНК

Новая технология визуализации показала, как молекулярные машины, перестраивающие генетический материал внутри клеток, «хватаются» за ДНК, подобно скалолазу, ищущему точку опоры.

Эксперименты, описанные в свежем номере Science, используют лазерный свет для создания очень ярких пятен рядом с отдельными клетками. В сочетании с флуоресцентными метками этот «прожектор» позволяет визуализировать внутреннюю работу клеток достаточно быстро, чтобы увидеть, как молекулярные машины внутри меняют размер, форму и состав в присутствии ДНК.

Команда из Оксфорда создала собственную технологию световой микроскопии для этого исследования — совместной работы групп Марка Лика (физический факультет) и Дэвида Шерратта (факультет биохимии).

Изучаемые молекулярные машины называются комплексами структурного поддержания хромосом (SMC). Они ремоделируют генетический материал внутри каждой живой клетки и работают по схожим принципам с большим семейством молекул, которые действуют как крошечные моторы, выполняя функции от транспортировки жизненно важных материалов внутри клеток до сокращения мышц.

Исследователи изучали конкретный SMC-комплекс — MukBEF (состоящий из нескольких различных белковых молекул) — внутри бактерии E. coli. Команда Дэвида Шерратта нашла способ встроить «флуоресцентные белки» непосредственно в ДНК, кодирующую MukBEF, создав по одной флуоресцентной метке для каждого компонента этих машин.

До сих пор обычные методы биофизики или биохимии не были достаточно быстрыми или точными, чтобы отслеживать такие крошечные машины внутри живых клеток на уровне отдельных молекул.

«Каждая машина функционирует почти так же, как скалолаз, цепляющийся за скалу, — говорит Марк Лик. — Один её конец закреплён на участке клеточной ДНК, в то время как другой конец случайным образом открывается и закрывается, используя химическую энергию, запасённую в универсальной биомолекуле — аденозинтрифосфате (АТФ), молекулярном топливе для всех живых клеток.

Это действие открытия и закрытия машины — по сути, процесс механического «захвата», при котором она пытается ухватить больше свободной ДНК, подобно скалолазу, ищущему новую точку опоры».

Ожидается, что такие новаторские биофизические эксперименты дадут новое понимание сложных процессов, жизненно важных для жизни, и проложат путь к совершенно новому подходу в биомедицинских исследованиях на сверхмалом масштабе для понимания причин многих человеческих болезней и разработки стратегий борьбы с ними.