Флуоресцентный краситель способен соединяться со свернутыми цепочками ДНК внутри ядра и вырабатывать периодические вспышки, рассказали в Центре геномной регуляции в Испании

Китайские и испанские биологи создали особый флуоресцентный краситель, способный соединяться со свернутыми цепочками ДНК внутри ядра и вырабатывать периодические вспышки. Наблюдения за ними позволяют отслеживать перемены в форме генома внутри живых клеток, сообщила пресс-служба испанского Центра геномной регуляции (CRG).

"Один и тот же краситель позволяет нам решать две разных задачи - наблюдать за движением свернутых молекул ДНК в живых клетках, а также получать высококачественные изображения произвольных участков генома в особым образом обработанных препаратах клеток. И то, и другое дает нам беспрецедентные возможности по изучению управляющих механизмов в биологии человека", - пояснила профессор CRG Пиа Косма.

Биологи по всему миру давно интересуются тем, как геном устроен в трехмерном виде, как клетка его сворачивает и разворачивает и какие фундаментальные физические принципы управляют этим процессом. Для получения этих сведений ученые сейчас используют несколько высокоэффективных экспериментальных методов, однако многие из них сами по себе вносят искажения в считываемую трехмерную структуру генома.

Для решения этой проблемы китайские и европейские молекулярные биологи разработали подход, позволяющий наблюдать за "размоткой" и свертыванием генома в живых клетках при помощи специальных флуоресцентных красителей. Данные вещества, которые ученые назвали "HoT-зондами", отличаются от всех остальных светящихся молекул тем, что они вырабатывают излучение не постоянно, а в форме периодических вспышек.

Благодаря этому свечение отдельных молекул красителя, соединившихся с цепочкой ДНК в разных ее регионах, не "перемешивается" друг с другом, так как они вырабатывают вспышки света в разные периоды времени. Это позволяет восстановить трехмерную форму молекулы и определить ее структуру, обработав при помощи ИИ-алгоритма большое число кадров, полученных высокоскоростной камерой и специальным оптическим микроскопом.

Проведенные учеными опыты показали, что разработанный ими подход позволяет наблюдать за движением хромосом в живых клетках с разрешением, превышающим максимально возможное для микроскопов примерно в десять раз. Также он позволяет получать сверхчеткие снимки ДНК в препарированных клетках с разрешением в 2-3 нанометра, что сопоставимо с диаметром ее двойной спирали. Это открывает массу новых возможностей по изучению структуры и механизмов работы генома.

О структуре генома

Геном человека и других живых существ состоит из нескольких хромосом, сверхдлинных нитей ДНК, упакованных особо плотным образом внутри ядра клетки. Несмотря на высокую плотность упаковки хромосом, напоминающих в трехмерном виде своеобразный "брикет лапши", клетка при этом сохраняет способность считывать гены и регулировать их активность. Сбои в процессе "упаковки" и "распаковки" генома являются одной из распространенных причин появления опухолей и различных генетически обусловленных болезней.