Конденсация ДНК на биочипе: нанодомино
Физики из Технического университета Мюнхена и Института Вейцмана впервые провели контролируемую конденсацию ДНК на биочипе. Этот процесс происходит в природе, когда молекулы ДНК плотно упаковываются в ограниченном пространстве — в ядрах клеток, головках сперматозоидов и белковых оболочках вирусов.
Суть явления
В норме молекулы ДНК отталкиваются друг от друга из-за отрицательного заряда. Конденсация — это своеобразный фазовый переход, при котором нити ДНК плотно упаковываются, образуя почти кристаллическую структуру.
Эксперимент
Учёные закрепили молекулы ДНК длиной в несколько тысяч пар оснований на наноструктурах чипа, создав подобие «наноговолос». Добавление спермидина (молекулы с положительным зарядом) инициировало конденсацию: ранее отталкивающиеся нити ДНК начали последовательно «падать» на соседние структуры, подобно каскаду домино. В результате образовались компактные слои ДНК, по плотности сравнимые с упаковкой в клеточном ядре.
Значение и перспективы
- Изучение биопроцессов: Конденсация и деконденсация ДНК играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов (в плотно упакованном состоянии информацию с ДНК считать невозможно).
- Создание искусственных клеток: Контролируемая конденсация на чипе — новый шаг к созданию искусственных клеточных систем для изучения биологических явлений.
- Управление и коммуникация: Плотно упакованные молекулы ДНК потенциально можно использовать для передачи сигналов на биочипах, а сам процесс — в качестве переключателя «вкл./выкл.».
- Физические исследования: Чип позволяет идеально изучать условия фазового перехода при конденсации, контролируя её местоположение и время. Этот процесс аналогичен резкой кристаллизации переохлаждённой воды, но управляется не температурой, а концентрацией положительно заряженных молекул.
Исследование финансировалось Фондом Фольксвагена, Немецким научно-исследовательским сообществом (в рамках кластера передового опыта NIM), Фондом науки Израиля и Фондом Minerva 80.