واضح‌ترین تصویر از DNA به ثبت رسید

فرادید | هر سلول انسان رشته‌ی دومتری دی‌ان‌ای دارد. این رشته‌ها تکامل یافته‌اند تا برای قرار گرفتن درون سلول پیچ و تاب بخورند. این بدان معناست که دی‌ان‌ای حلقه شده در سراسر ژنوم وجود دارد و آن دسته که پیچ خوردگی ندارند تحرک کمتری نسبت به دسته‌ی دیگر دارند.

به گزارش فرادید؛ محققان دانشگاه‌های شفیلد (Sheffield)، لیدز (Leeds) و یورک (York) با ترکیب شبیه‌سازی ابررایانه‌ای و میکروسکوپ‌های پیشرفته اتمی تصاویری از مولکول‌ها ثبت کردند.

وضوح بالا و شبیه‌سازی به آن‌ها اجازه داد تا حرکت و موقعیت اتم‌ها را در یک رشته دی‌ان‌ای بررسی و مشاهده کنند. به گفته‌ی محققان انگلیسی این پروژه، مشاهده‌ی دی‌ان‌ای با این جزئیات می‌تواند توسعه‌ی روش‌های ژن‌درمانی را سرعت ببخشد. این تصاویر با وضوح بالا نشان می‌دهد که چگونه فشار‌ها و پیچیدگی‌های وارد بر دی‌ان‌ای باعث تغییر شکل آن درون سلول می‌شود. پیش از این دانشمندان تنها قادر بودند تا دی‌ان‌ای را به وسیله‌ی میکروسکوپ‌هایی که تنها می‌توانستند عکس‌های ثابت بگیرند ببینند، اما این فیلم می‌تواند حرکت اتم‌ها را نشان دهد.

تصویر باکیفیت جدیدی که از دی‌ان‌ای تهیه شده است، درک ما را از رفتار و ساختار آن بسیار بیشتر کرده است. این تصویر نشان می‌دهد که دی‌ان‌ای چگونه می‌لرزد و به جلو حرکت می‌کند تا خودش را درون هسته‌ی سلول جا دهد. محققین جزئیات این تصاویر را در مجله‌ی Nature Communications منتشر کرده‌اند.

در این تصویر جدید می‌توان اتم‌های منفرد را درون یک مولکول دی‌ان‌ای مشاهده کرد و حرکت رقص‌گونه‌ی آن‌ها را نیز رصد کرد.

اکثر مردم می‌دانند ساختار دی‌ان‌ای به صورت مارپیچ دوگانه است، ولی تصاویر ثابت نمی‌توانند نشان‌دهنده‌ی شکل پیچیده‌ی مولکول‌ها در زندگی واقعی باشند. برای اینکه دی‌ان‌ای بتواند به درون هسته‌ی یک سلول وارد شود، باید به خود پیچیده و حالت فنری پیدا کند. این فرآیند «سوپرکویلینگ» نامیده می‌شود.

تصاویر جدید نشان می‌دهند که دی‌ان‌ای بیش از چیزی که تا کنون تصور می‌شد، حالت پویا دارد و در واقع به صورت ممتد در حال رقصیدن است و به این ترتیب، حالات آن گوناگون و هر لحظه در حال تغییر است. محققین می‌گویند که هر چقدر حالات مولکول غیرعادی‌تر باشد، امکان جفت شدن آن با دیگر مواد بیشتر می‌شود و ظرفیت انجام عملکرد‌های آن افزایش پیدا می‌کند.

دکتر «آلیس پاین» به‌عنوان همکار این تحقیق از دانشگاه شفیلد، می‌گوید: «دیدن چیزی به کوچکی دی‌ان‌ای چالش‌برانگیز است. ویدئو‌هایی که اکنون ما تهیه کرده‌ایم، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا برای اولین بار جزئیات زیادی از این مولکول را مشاهده کنند.»

محققین برای تهیه‌ی این تصاویر از ترکیب میکروسکوپ اتمی و شبیه‌سازی دینامیک مولکولی استفاده کردند. روش‌های قبلی برای استفاده از میکروسکوپ به نحوی بودند که فقط تصاویر ثابت تهیه می‌کردند، ولی رویکرد جدید دانشمندان حرکات دی‌ان‌ای را نیز ثبت می‌کند.

محققین اذعان دارند که افزایش درک ما از روش‌های مورد استفاده توسط دی‌ان‌ای برای درآمدن به اشکال فشرده می‌تواند در توسعه‌ی درمان‌های ژنتیکی جدید جهت درمان بیماری‌های غیرقابل درمان کمک کننده باشد.


این تصاویر به حدی با جزئیات هستند که می‌توان ساختار دو رشته‌ای دی‌ان‌ای را مشاهده کرد، اما هنگامی که دانشمندان این مشاهدات را با شبیه‌سازی رایانه‌ای ترکیب کردند موفق شدند موقعیت هر اتم را در دی‌ان‌ای و نحوه‌ی پیچ‌تاب خوردن آن‌ها را نیز مشاهده کنند.

محققان حلقه‌های کوچک دی‌ان‌ای را مورد بررسی قرار دادند. این حلقه‌ها خاص هستند، زیرا مولکول‌ها از دو طرف بهم وصل شده اند. این حلقه‌ها به محققان کمک می‌کند تا بتوانند پیچیدگی دیگری در دی‌ان‌ای ایجاد کنند و حرکت آن را بیشتر کنند. هنگامی که آن‌ها دی‌ان‌ای بدون پیچ‌خوردگی را بررسی کردند تحرک کمی مشاهده کردند. درحالی‌که وقتی به دی‌ان‌ای یک تاب‌خوردگی دیگر اضافه کردند مشاهده کردند که سرعت تحرک آن بیشتر شد و اشکالی عجیب به خود گرفت. آن‌ها دریافتند این حرکات و اشکال عجیب کلید جذب مولکول‌های دیگر توسط دی‌ان‌ای هاست و هنگامی که آن‌ها اشکالی گسترده‌تر به خود می‌گیرند تعداد بیش‌تری از مولکول‌ها جذب آن‌ها می‌شوند.

تحقیقات قبلی نشان می‌داد که این حلقه‌های کوچک دی‌ان‌ای می‌توانند مشخص‌کننده‌ی سن و سلامت باشند و همچنین برای تشخیص زودهنگام بیماری‌ها مورد استفاده قرار گیرند.

از آن جایی که این حلقه‌ها می‌توانند پیچ خورده و خم شوند می‌توانند بسیار فشرده شوند. مطالعه‌ی دی‌ان‌ای با این جزئیات و فهمیدن آن که چگونه این حلقه‌های فشرده در داخل سلول جا می‌گیرند می‌تواند به افزایش سرعت توسعه‌ی ژن‌درمانی کمک کند.

دکتر آلیس پاین (Alice Pyne) استاد پلیمر و ماده چگال نرم در دانشگاه "شفیلد" که این تصاویر را ثبت کرده می‌گوید: دیدن، باور کردن است، اما وقتی پای چیزی به کوچکی دی‌ان‌ای در میان باشد مشاهده‌ی ساختار دورشته‌ای مولکول دی‌ان‌ای بسیار چالش برانگیز است. این فیلم به ما این امکان را داد تا پیچ خوردن دی‌ان‌ای را در سطحی که هرگز ندیده بودیم ببینیم.

پروفسور لین زچی‌ادریچ (Lynn Zechiedrich) از دانشگاه پزشکی بیلور (Baylor) در هیوستون تگزاس که حلقه‌های دی‌ان‌ای استفاده شده در این تحقیقات را ساخته است می‌گوید: این تحقیقات قابل توجه بود. آن‌ها جزئیات دقیقی از جمله چروک خوردگی‌ها، حباب‌ها، اشکال عجیب دی‌ان‌ای را به تصویر کشیدند و ما امیدواریم روزی بتوانیم این شکل‌گیری دی‌ان‌ای را کنترل کنیم.

دکتر سارا هریس (Sarah Harris) از دانشگاه لیدز که تحقیقات را نظارت می‌کرد می‌گوید: این تحقیقات نشان می‌دهد که قوانین فیزیک بر روی حلقه‌های کوچک دی‌ان‌ای نیز صادق است. همانطور که در ذرات زیراتمی و کهکشان‌ها وجود دارد. ما می‌توانیم از ابررایانه‌ها برای درک فیزیک دی‌ان‌ای‌های تاب‌خورده استفاده کنیم تا برای درمان بیماری‌ها حلقه‌های دی‌ان‌ای اختصاصی طراحی کنیم.

منبع: Nature Communications