Новый метод визуализации ДНК: наноканальная технология раскрывает тайны репликации

25 апреля, День ДНК, ознаменовано новым прорывом в визуализации молекулы жизни. Ученые представили метод, позволяющий напрямую «увидеть» и измерить на отдельных молекулах ДНК то, что сложно определить косвенными методами, такими как секвенирование.

Как создается карта ДНК

Изображение получено с помощью прибора Bionano Genomics Saphyr. Индивидуальные молекулы ДНК (окрашены в синий, зеленый и красный) вытягиваются и выпрямляются, проходя через узкие наноканалы.

• Синий цвет: вся молекула ДНК.
• Зеленые отметки: уникальные генетические ориентиры (специфические последовательности), встречающиеся в среднем каждые 4500 пар оснований. Их паттерн действует как отпечаток пальца, определяющий положение на хромосоме.
• Красные флуоресцентные метки: места, где началась репликация ДНК — «точки начала репликации» (origins of replication). Здесь двойная спираль впервые раскручивается для начала копирования.

Технология наноканалов, разработанная Bionano Genomics, изначально создавалась для картирования сложных участков хромосом. Прибор способен «прочитать» 30 миллиардов пар оснований за час — эквивалент 10 человеческих геномов.

Прорыв в изучении репликации

Исследователи из Университета Массачусетса использовали эту технологию для эксперимента, ранее невозможного: одновременного картирования всех точек начала репликации на миллионах отдельных молекул ДНК.

До этого точки начала репликации было трудно изучать, так как они расположены на многих участках разных молекул, и для их обнаружения необходимо рассматривать отдельные молекулы. Хотя ученые могли видеть отдельные молекулы ДНК с начала 1960-х, они не могли определить их положение в хромосомах для точного картирования.

В эксперименте живые человеческие стволовые клетки были помечены красными флуоресцентными молекулами, которые связывались с местами репликации ДНК. Эти изображения затем были наложены на сине-зеленые карты тех же молекул ДНК.

Значение для медицины и онкологии

Метод обещает полностью изменить понимание того, как реплицируются человеческие хромосомы. Поскольку большинство химиотерапевтических препаратов и канцерогенов в окружающей среде воздействуют на ДНК именно в процессе репликации, эта технология может обеспечить быстрый и комплексный тест для оценки того, как эти химические вещества нарушают процесс.

Исследователи надеются, что метод не только выявит механизмы негативных последствий, но и поможет в разработке более эффективных и менее токсичных методов химиотерапии.