Ученые наблюдают, как бактерии восстанавливают сломанную ДНК в режиме реального времени, чтобы понять, как именно

Быстрое и полное устранение разрывов в генах может быть вопросом жизни или смерти для большинства организмов. Даже самые простые изменения в последовательности могут привести к катастрофе, особенно если модифицированный код отвечает за критическую функцию.

За последние полвека биологи изучали механизмы, участвующие в сборке большинства ключевых шагов, необходимых для искреннего ремонта ДНК. Однако часть процесса оставалась удручающе неясной.

Помечая ключевые ферменты и ДНК флуоресцентными метками и наблюдая за процессом восстановления в реальном времени в кишечная палочка Model, исследователи из Уппсальского университета в Швеции дополнили недостающие детали о том, как бактерии находят шаблоны, на которые они полагаются, чтобы безошибочно проводить генетический ремонт.

Один из приемов, которые используют большинство живых существ для поддержания порядка в коде, — это процесс гомологичная рекомбинация, биологический эквивалент сравнения двух разных версий сценария, чтобы убедиться, что версия случайно не внесла какие-либо ошибки.

Удерживая неповрежденную копию последовательности рядом с задачей восстановления, ячейка может гарантировать, что не произойдет никаких изменений, когда обрезанные концы склеены вместе.

Молекулярным биологам уже давно известно, что Рекомбиназа протеина rica Он играет важную роль в управлении этим процессом. Это важный фермент в поддержании целостности ДНК. копия этого Он встречается почти у всех изученных видов.

Когда двухцепочечная «лестница» ДНК полностью разорвана, группа белков пытается подобрать оторванные концы и аккуратно обрезать их, чтобы RecA мог осесть и выполнять свою работу.

Растягиваясь в длинный блок, этот белок включает в себя цепь белка и ДНК, которая способна прикрепляться как к сломанной цепи, так и к интактной второй цепи неразрывной ДНК.

Многие ученые знают. Оттуда провод должен найти правильную последовательность, чтобы служить точкой сравнения. Как нити проводят это исследование за достаточно короткое время, оставалось загадкой на протяжении большей части 50 лет, поскольку одно умножается на миллионы пар оснований, которые необходимо исследовать среди сложных изгибов и поворотов хромосомы.

Чтобы лучше понять синхронизацию и навигацию фермента в действии, исследователи собрали тысячи бактерии кишечной палочки Клетки находятся внутри серии крошечных каналов, которые позволяют им отслеживать отдельные бактерии во время экспериментов.

Установив клетки на свои места, ученые сделали небольшие разрывы в ДНК, используя CRISPR Редактирование генов, маркировка отрезанных концов флуоресцентными маркерами для визуализации места перелома под микроскопом.

«Микрожидкостный культуральный чип позволяет нам одновременно отслеживать судьбу тысяч отдельных бактерий и своевременно контролировать нарушения ДНК, вызванные технологией CRISPR», Он говорит Молекулярный биолог из Уппсальского университета Джейкоб Виктор.

Наконец, используйте Антитела Чтобы найти потоки RecA, когда они обосновались и начали поиск в своей библиотеке.

Сообщите группе о химической опасности, когда весь процесс ремонта будет завершен. В среднем для бактерии кишечной палочки закончить работу.

Удивительно, но белку потребовалось всего девять из этих минут, чтобы найти правильный шаблон.

Секрет, по-видимому, заключается в построении цепей нуклеопротеина RecA. Эта нить проходит через клетку, захватывает хромосому и скользит вниз в поисках совпадения с последовательностью в ее захвате.

Хотя это может показаться не таким эффективным, на самом деле это не отличается от методичного хождения по проходам библиотеки в поисках книги, которая соответствует номеру вызова из каталога.

«Поскольку концы ДНК встроены в эти волокна, для любого сегмента нитей достаточно найти драгоценный шаблон, поэтому поиск теоретически сокращается с трех до двух измерений», Он говорит Арвид Гено.

«Наша модель предполагает, что это ключ к быстрому и успешному восстановлению симметрии».

Хотя это исследование было проведено на бактериях, тот факт, что RecA похож во всей биосфере, делает его актуальным для нашего организма.

Теперь, когда мы знаем, как работает этот процесс, мы можем начать искать признаки ситуаций, в которых восстановление нашей ДНК идет не так, что открывает путь к пониманию происхождения таких заболеваний, как рак.

Это исследование было опубликовано в закаливать природу.