Biofizycy pomagają w rozwiązaniu zagadkowego procesu "rozciągania się DNA"

W najnowszym numerze Journal of the American Chemical Societybadacze z JILA (ang. Joint Institute for Laboratory Astrophysics) obalili dotychczasową hipotezę dotyczącą procesu rozciągania się nici DNA. Kwestia ta trapi naukowców odkąd pierwszy raz zidentyfikowano mechanizm powiększania się rozmiarów cząsteczki, a więc od 1996 r. Zaobserwowano wówczas, ze pod naciskiem 65 pikonewtonów nici DNA ulegają maksymalnemu rozciągnięciu, tak że oczywistym byłoby ich rozerwanie. Fenomen polega na tym, że owo rozerwanie nie następuje, a cząsteczka zwiększa swoje rozmiary prawie dwukrotnie. Zaprzestanie działania czynnika stresowego, w tym przypadku siły, powoduje powrót molekuły do poprzednich rozmiarów.

Od 15-stu lat nie udało się jednak jednoznacznie odpowiedzieć na pytanie dlaczego i jak się to odbywa. Hipotez jest kilka. Główną teorią było, iż rozciąganie wydziela taką dawkę energii, która powoduje „rozpuszczanie się” struktur DNA (ang. melting) i powstawanie nacięć i wolnych końców. Dotychczas nie podważano tego założenia, gdyż niemożliwym było przeprowadzenie konkretnych analiz badających losy końców nici DNA podczas procesu jej rozplątywania. Ostatnio jednak naukowcy z JILA wymyślili metodę jednostronnego unieruchomienia splątanych końców DNA specjalnymi mikro-ziarenkami (patrz rysunek), podczas gdy drugi koniec zostaje związany z powierzchnią. Dzięki technikom laserowym mierzona jest następnie pozycja mikro-ziarenek. W tym teście DNA ma nadal możliwość rotacji, ale zasadniczo nie ma żadnych niezwiązanych końców. Następnie porównano stopień rozciągnięcia DNA w cząsteczkach z wolnymi i związanymi końcami. Okazało się, że w tych samych warunkach proces przebiega analogicznie w obu przypadkach. Obserwacja ta jest podstawą do obalenia wcześniej przyjętej hipotezy i otwiera nowe perspektywy przed naukowcami. Dalsze badanie tego procesu mogą mieć olbrzymie znaczenie w genetyce, np. przy procesach rekombinacji DNA. Badacze z JILA już zapowiedzieli dalsze prace nad tym nadal nieodkrytym fenomenem.

JILA to wiodący amerykański instytut zajmujący się badaniami z zakresu różnych zagadnień fizyki. Jest jednostką blisko współpracującą z narodowym Instytutem Standaryzacji i Technologii (ang. National Institute of Standards and Technology) w USA.