2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47
COLUMBUS, אוהיו - בדיקה שתוכננה על ידי כימאים מאוניברסיטת אוהיו סטייט חשפה סוד חדש בחיי ה-DNA: גדילי התרכובות המרכיבות את המולקולה רוטטים, נמתחים ומתנדנדים הלוך ושוב בתנועות זעירות נמשך רק שבריר שנייה.
בעוד שמדענים חשדו ש-DNA יכול לנוע בדרך זו, הטכנולוגיה לא הייתה קיימת כדי לאשר את החשדות שלהם עד עכשיו.
"המחקר הזה עשוי לאפשר לנו לענות על שאלות בסיסיות לגבי אופן פעולת ה-DNA", אמר רוברט קולמן, פרופסור חבר לכימיה במדינת אוהיו.
הבדיקה עשויה לשפר את עיצוב התרופה ולעזור לרופאים להבין מחלות הנובעות ממוטציות גנטיות, כמו סרטן.
קולמן ומיהאלה מאדאראס, חוקרת פוסט-דוקטורט לשעבר בכימיה, בנו את הגשושית הפלורסנטית וגדיל של DNA סינתטי. הבדיקה דומה לקבוצה של זוגות בסיסים על גדיל ה-DNA, ומחליפה את זוגות הבסיסים במהלך הניסוי.
הכימאים של מדינת אוהיו ערכו עבודה זו כצוות עם מדענים מאוניברסיטת דרום קרוליינה. המדענים האלה - קתרין מרפי ומארק ברג, שניהם פרופסורים לכימיה וביוכימיה, ואריק בראונס, סטודנט לתואר שני - האירו פרץ אור מהיר במיוחד על הגשושית כדי לזהות תנועות ב-DNA שנמשכו רק טריליון שניות.
התוצאות מופיעות החודש ב-Journal of the American Chemical Society.
"ה-DNA אינו נוקשה, הוא גמיש. הוא רוטט. הוא 'נושם' כביכול", הסביר קולמן. "מרכיביו עוברים תנועות בסולם זמן המתרחש הרבה יותר מהר מכל מדידות שנעשו קודם לכן."
בעבר, מדענים יכלו למדוד רק את התנועות הפחות עדינות של כל הסולם המעוות של מולקולות המרכיבות סליל DNA. למשל, הם יכולים לבחון מה קורה כאשר גדיל של DNA מתפתל ומתקפל על עצמו כמו רצועת גומי מקומטת. הבדיקה של מדינת אוהיו אפשרה למדענים מדרום קרוליינה למדוד תנועות קטנות בהרבה - אלו של זוגות הבסיסים הכימיים המרכיבים את שלבי הסולם.
לפי קולמן, כאשר זוגות הבסיסים הללו נעים, הם משנים את צורת מולקולת ה-DNA, וזה עשוי להסביר מדוע חלבונים ותרופות מסוימים מזהים רצפים מסוימים של DNA.
"זה החלק המרגש באמת," אמר קולמן. "היישומים של הבדיקה הם אדירים."
במיוחד, קולמן מתעניין בחומרים אנטי-גידוליים שפוגעים ב-DNA, ובאנזימים בגוף שמתקנים נזקים. "אולי אנזימים מסוגלים לזהות אזורים פגועים בגלל שצורת ה-DNA השתנתה.נוכל להכניס את הגשושית שלנו לתוך פיסת DNA ליד אתר פגוע, ונוכל לראות כיצד תפקוד ה-DNA השתנה כתוצאה מהפגיעה", הוא אמר.
הבדיקה יכולה לעזור למדענים להבין מחלות הנובעות כאשר DNA פגום גורם לתאים לבלבל את ההוראות הכימיות שלהם ולתפקוד לקוי. רופאים מאמינים שמחלות כמו יתר לחץ דם, סרטן, מחלות לב, סוכרת ואפילו מצבים כמו סכיזופרניה נובעים ממוטציות ב-DNA שאינן מתוקנות.
"כדי להבין מה קורה במצבים האלה, אתה צריך להיכנס ל-DNA. שם נכנסת הגשושית", אמר קולמן. "הבדיקה שלנו שונה מכיוון שהיא בדיוק מחליפה את אחד מצמדי הבסיסים הטבעיים על עמוד השדרה של ה-DNA. לפי מיטב יכולתנו לזהות שינויים כלשהם, הבדיקה שלנו לא שינתה את המבנה הכללי או עיוותה את ה-DNA."
מדענים אחרים נאלצו לחבר בדיקות לחלק החיצוני של סליל ה-DNA כך שהמדידות שהם קיבלו לא כל כך מדויקות, הוא אמר.
קולמן ומדראס עיצבו את הגשושית במחשב, ואז יצרו אותה במעבדה, יחד עם גדיל DNA סינתטי לבדיקה.
במהלך הניסויים, עוצמת האור שהוחזר מהגשושית עלתה וירדה במהלך 300 פיקושניות, או 300 טריליון שניות, מה שמצביע על כך שמרכיבי גדיל ה-DNA נעו אנרגטית במהלך הזמן הזה.
טכניקה זו משקפת את זו של אחמד זווייל, חתן פרס נובל לכימיה לשנת 1999, המשתמש בפולסים מהירים במיוחד של אור כדי לצפות בתנועת האטומים בתוך מולקולות.
