Η άμεση απεικόνιση ενός μορίου DNA

 Η άμεση απεικόνιση ενός μορίου DNA παρέχει πληροφορίες για θεμελιώδεις βιολογικές διαδικασίες.

Αν και η δομή του DNA ξετυλίχθηκε για πρώτη φορά πριν από περισσότερα από 60 χρόνια, μια άμεση εικόνα της λεπτομέρειας του DNA παρέμεινε αόριστη. Οι ερευνητές στο KAUST έχουν πλέον αναπτύξει μια τεχνική που τους επιτρέπει να απεικονίζουν μεμονωμένα μόρια DNA σε πραγματικό χρόνο 1 .

Το DNA ήταν πάντα ένας ολισθηρός πελάτης λόγω των στοιχείων χαμηλής αντίθεσης από τα οποία κατασκευάζεται και της εύθραυστης δομής του ελικοειδούς μορίου. Τώρα, μια διεθνής ομάδα τελειοποίησε μια τεχνική προετοιμασίας που διορθώνει την ασταθή δομή και μια διαδικασία απεικόνισης που ελαχιστοποιεί την υποβάθμισή της.

Σύμφωνα με τον ανώτερο συγγραφέα Enzo Di Fabrizio από τη Διεύθυνση Φυσικής Επιστήμης και Μηχανικής στο KAUST, αυτό ανοίγει τη δυνατότητα διερεύνησης μοριακών φαινομένων από τροποποίηση DNA με μετάλλαξη σε αλληλεπιδράσεις DNA-πρωτεΐνης.

«Οι αλληλεπιδράσεις ενός μορίου είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση πολλών θεμελιωδών βιολογικών μηχανισμών», είπε.

Η νέα διαδικασία περιλαμβάνει την αναστολή μορίων DNA σε ένα πλαίσιο πυλώνων λεπτού πυριτίου. Στη συνέχεια, το DNA προβάλλεται με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης υψηλής ανάλυσης (HRTEM) που πυροδοτεί δέσμες ηλεκτρονίων μέσω αυτού για να δημιουργήσει μια τέλεια εικόνα.

Αυτή η μέθοδος επέτρεψε στους ερευνητές να λάβουν βασικές μετρήσεις της έλικας DNA, συμπεριλαμβανομένης της διαμέτρου του, της απόστασης μεταξύ των δομικών στοιχείων του μορίου (που ονομάζονται «βάσεις») και του βάθους των λεγόμενων «αυλακώσεων» της έλικα που παρέχουν μέτρο του σχήματος του. Με άλλα λόγια, είπε ο Ντι Φαμπρίζιο, «πώς τυλίγεται το μόριο».

Θα μπορούσαν επίσης να προσδιορίσουν το μήκος των δεσμών μεταξύ των δύο ελίκων του DNA, το οποίο μπορεί να υποδηλώνει το επίπεδο μεθυλίωσής του (μια χημική επίδραση που μπορεί να μεταβάλει τη γονιδιακή δραστηριότητα) και να εντοπίσει σφάλματα στο ζευγάρωμα βάσεων που μπορεί να προκαλέσουν μεταλλάξεις και ασθένειες.

Ο Di Fabrizio προτείνει ότι οι εικόνες HRTEM θα είναι πολύτιμες για να καταλάβουν πώς ακριβώς αλληλεπιδρά το DNA με τις πρωτεΐνες στο κυτταρικό περιβάλλον. Επικεντρώνεται ειδικότερα στον τρόπο με τον οποίο οι πρωτεΐνες επιδιόρθωσης "προσδένονται" στο DNA για να διορθώσουν σφάλματα στον γενετικό κώδικα.

«Μέχρι τώρα, αυτό δεν έχει παρατηρηθεί σε τόσο υψηλή ανάλυση», είπε. «Στο μέλλον, αυτό θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν λεπτομερώς πώς επιδιορθώνεται το DNA τόσο σε φυσιολογικές όσο και σε παθολογικές συνθήκες».

Πρόκειται για ένα ταχέως αναπτυσσόμενο πεδίο - ήδη υπάρχουν κάμερες που είναι 100 φορές πιο ευαίσθητες από αυτές που χρησιμοποιούνται σε αυτήν την εργασία.

Η ομάδα σκοπεύει να συνδυάσει την προσέγγισή τους με μια τεχνική κατάψυξης γνωστή ως "cryoEM" για να επιτύχει ακόμη μεγαλύτερη λεπτομέρεια και να την επεκτείνει στην απεικόνιση της δομής των κυτταρικών μεμβρανών.