DNK nosi negativno električno naelektrisanje, pa bi dva njena molekula prema osnovnom pravilu trebalo da se odbijaju. Ipak, u živim ćelijama oni ponekad moraju da priđu veoma blizu, prepoznaju odgovarajući niz i precizno se poravnaju. Naučnici su sada prvi put neposredno posmatrali kako se dve DNK spirale spajaju poput molekularnog rajsferšlusa.
Ova vrsta uparivanja važna je za genetičku rekombinaciju, regulisanje gena i utišavanje određenih delova genoma. Greške u procesu mogu biti povezane sa poremećenim funkcionisanjem ćelije i razvojem bolesti. Uprkos značaju, detaljan fizički mehanizam dugo nije mogao neposredno da se vidi.
Istraživači su koristili mikroskopiju atomskih sila, metodu koja površinu ne snima svetlošću, već je ispituje izuzetno oštrim vrhom. Kretanje vrha omogućava stvaranje veoma precizne topografske mape. Na taj način posmatrani su kratki delovi DNK dok se približavaju i poravnavaju.
Snimci su pokazali da se spirale ne dodiruju nasumično. One mogu da se usklade žleb uz žleb, kao dve spiralne stepenice postavljene jedna uz drugu. Da bi shvatili kako savladavaju međusobno električno odbijanje, istraživači su eksperimentalne slike povezali sa računarskim simulacijama kretanja pojedinačnih atoma i jona.
Prema objašnjenju Univerziteta u Jorku, ključnu ulogu imaju pozitivno naelektrisani metalni joni. Oni se smeštaju u žlebove DNK i ponašaju kao sićušni mostovi. Dvostruko naelektrisan jon može istovremeno da deluje prema oba molekula, ublažavajući odbijanje njihovih negativnih naboja i pomažući im da ostanu poravnati.
Nalaz potvrđuje model „DNK rajsferšlusa“ predložen pre približno dve decenije. Prema toj ideji, joni soli oko DNK stvaraju smenjujuće obrasce električnog naboja. Kada se dva odgovarajuća molekula pravilno okrenu, pozitivne i negativne oblasti mogu da se uklope i stabilizuju kontakt.
Rezultati su pokazali i da nisu svi delovi DNK podjednako skloni uparivanju. Određene sekvence stvarale su znatno snažnije kontakte i ponašale se kao žarišta na kojima se spirale lakše poravnavaju. To otvara mogućnost da sam raspored genetičkih slova utiče na fizičku sklonost dva molekula da se međusobno prepoznaju.
Eksperiment su zajednički razvijali naučnici iz Jorka, Šefilda i Imperijal koledža u Londonu. Mikroskopija je pokazala šta se događa, dok su simulacije pomogle da se objasni zašto je proces moguć. Nijedna metoda sama ne bi pružila jednako celovitu sliku.
Otkriće ne znači da je rešena svaka tajna organizacije genoma. DNK u ćeliji nije slobodan molekul na ravnoj podlozi, već je namotana oko proteina, sabijena u hromozome i okružena velikim brojem enzima. Ćelijsko okruženje zato može dodatno pojačavati, usmeravati ili sprečavati uparivanje.
Ipak, neposredno potvrđivanje osnovnog fizičkog principa predstavlja važan korak. Naučnici sada mogu tražiti delove genoma koji imaju posebno izraženu sklonost ka uparivanju i ispitivati šta se događa kada mutacija promeni takvo mesto. To bi moglo doprineti razumevanju genetičkih preslagivanja, kontrole gena i procesa koji učestvuju u razvoju raka.
Na molekularnom nivou, život zavisi od neverovatno preciznih susreta. Dve negativno naelektrisane spirale koje bi trebalo da se odbiju uspevaju da se prepoznaju zahvaljujući jonima širokim svega nekoliko atoma. Slika rajsferšlusa zato nije samo zgodno poređenje — ona veoma dobro opisuje način na koji se žlebovi DNK uklapaju korak po korak.
S.B.
