Джидда стала центром важного научного открытия, где исследователи из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) зафиксировали момент начала расплетения ДНК, что делает возможными все последующие процессы репликации.
Как сообщило государственное агентство SPA, результаты исследования были опубликованы в журнале Nature. Прямое наблюдение за этим процессом проливает свет на фундаментальные механизмы, которые позволяют клеткам дублировать свой генетический материал, что является необходимым условием для роста и размножения организмов.
Исследовательская группа под руководством ассистента профессора KAUST Альфредо Де Биасио и профессора Самира Хамдана применила криоэлектронную микроскопию (cryo-EM) и методы глубокого обучения для наблюдения за взаимодействием фермента хеликазы Simian Virus 40 Large Tumor Antigen с ДНК. Могут ли такие технологии изменить наше понимание генетики? Работа ученых предоставила самое детальное описание самых первых этапов репликации ДНК, зафиксировав 15 атомных состояний, которые иллюстрируют, как именно хеликаза заставляет ДНК расплетаться.
В пресс-релизе KAUST отмечается, что данное достижение является важным этапом не только в исследовании хеликаз, но и в наблюдении за динамикой любого фермента с атомным разрешением. Как именно работают эти микроскопические механизмы в реальном времени? При связывании хеликазы «плавят» ДНК, разрывая химические связи, которые удерживают вместе двойную спираль. Затем они разделяют две нити, позволяя другим ферментам завершить процесс репликации. Без этого первого шага репликация ДНК была бы невозможна, что позволяет называть хеликазы машинами или, учитывая их размер, наномашинами.
Исследование показало, что по мере потребления аденозинтрифосфата (АТФ) снижаются физические ограничения, которые позволяют хеликазе продвигаться вдоль ДНК, расплетая все больше и больше двойной нити. Какую роль играет энергия в этом процессе? Потребление АТФ действует как переключатель, который увеличивает количество энтропии, или беспорядка, в системе, освобождая хеликазу для движения по ДНК.
Альфредо Де Биасио пояснил, что хеликаза использует АТФ не для того, чтобы раздвинуть ДНК одним движением, а для циклического прохождения через конформационные изменения, которые постепенно дестабилизируют и разделяют нити. Способны ли подобные открытия привести к новым методам лечения заболеваний? Каким образом атомное разрешение меняет подход к биохимии? Можем ли мы теперь предсказывать поведение ферментов с абсолютной точностью?
В сообщении также подчеркивается, что среди множества открытий, сделанных учеными KAUST, данное наблюдение занимает особое место. Сведения о конкретных сроках применения этих данных в медицине или точное количество затраченных часов работы в пресс-релизе не указаны.
Какие технологии использовались в исследовании KAUST? Команда под руководством Альфредо Де Биасио и Самира Хамдана использовала криоэлектронную микроскопию (cryo-EM) и методы глубокого обучения. Эти инструменты позволили детально наблюдать за взаимодействием фермента хеликазы Simian Virus 40 Large Tumor Antigen с ДНК на атомном уровне.
Что именно удалось зафиксировать ученым? Исследователи зафиксировали момент начала расплетения ДНК, описав 15 атомных состояний этого процесса. Это позволило понять, как хеликаза заставляет двойную спираль разделяться, что является первым и необходимым шагом для репликации генетического материала.
Какую роль играет АТФ в процессе расплетения ДНК? Потребление аденозинтрифосфата (АТФ) действует как переключатель, увеличивающий энтропию в системе. Это снижает физические ограничения и позволяет хеликазе проходить через конформационные изменения, которые постепенно дестабилизируют и разделяют нити ДНК.