Вчені помилилися: «вузли» ДНК виявилися скрученнями

Вчені з’ясували, що загадкові «вузли» ДНК, які десятиліттями фіксували під час нанопорових експериментів, насправді можуть бути зовсім іншими структурами.

Під час проходження ДНК через нанопори дослідники спостерігали складні електричні сигнали. Їх довго вважали ознакою того, що молекула зав’язується у вузли — за аналогією зі шнурком, який застрягає в маленькому отворі. Така інтерпретація стала майже стандартною для нанопорового аналізу.

Однак нове дослідження показало іншу картину. Замість справжніх вузлів ДНК часто утворює плектонеми — стійкі скручені структури, у яких нитка обвиває саму себе, схоже на перекручений телефонний кабель. Саме вони, а не вузли, відповідальні за довготривалі й «дивні» сигнали в експериментах.

«Ми побачили, що іонний потік у нанопорі скручує ДНК, накопичуючи крутний момент і намотуючи її в плектонеми», — пояснює Фей Чжен. На відміну від вузлів, які швидко затягуються і зникають, ці скручені структури можуть зберігатися протягом усього проходження ДНК через пору. Саме тому їхній електричний «слід» є набагато довмий і стабільнішим.

Дослідники перевірили це, змінюючи напругу, тип нанопор і довжину молекул ДНК. Вони помітили, що «заплутані» події трапляються значно частіше, ніж можна було б пояснити вузлами. Коли ж науковці штучно «розрізали» ДНК так, щоб скручування не могло поширюватися, кількість плектонем різко зменшувалася.

«Тепер ми можемо розрізняти вузли й плектонеми за тривалістю сигналу», — каже Ульріх Кейзер. «Вузли — це короткі імпульси, а плектонеми залишають помітний і довгий слід». Це відкриває шлях до точнішого аналізу структури ДНК та її цілісності.

Відкриття має ширші наслідки. У біології воно допомагає краще зрозуміти, як ДНК поводиться в клітинах, де скручування й заплутування відіграють важливу роль. У медицині та нанотехнологіях це може привести до створення чутливіших біосенсорів, здатних виявляти пошкодження ДНК на ранніх стадіях.

Інакше кажучи, те, що довго вважали «вузлами», виявилося прихованим механізмом скручування — і це змінює наше уявлення про те, як працює нанопоровий аналіз ДНК.