Электрическая проводимость ДНК-проводов поможет в постановке диагноза

Установлено, что природа использует ДНК в качестве своеобразных проводов для детектирования постоянно происходящих генетических повреждений и разного рода ошибок, которые, если оставить их без надлежащего ремонта, могут привести к таким болезням, как рак.

По словам профессора Жаклин Бартон из Калифорнийского технологического института (США), ДНК, помимо прочего, являются особым типом очень хрупких проводов, которые ввиду этой хрупкости, конечно же, не годятся для создания электрических схем в электронике, но зато необычайно практичны в качестве электрических биосенсоров, обнаруживающих повреждения ДНК.

ДНК страдает постоянно: клетки кожи подвергаются интенсивному воздействию солнечного света, клетки лёгких стрессируются от самых разных канцерогенов, содержащихся в воздухе, а у курильщиков вообще особый счёт с жизнью. Клетки от природы обладают восстановительным механизмом, составной частью которого являются специальные белки, постоянно патрулирующие спиральную структуру ДНК. Они наблюдают за текущим состоянием около 3 млрд пар оснований в составе этих биомолекул, разыскивая и ремонтируя повреждения, нанесённые окружающей средой.

Г-жа Бартон и многие её коллеги давно заметили, что ДНК-архитектура химически напоминает твёрдые материалы, использующиеся в транзисторах и других электронных компонентах. Причём пары оснований ДНК располагаются друг над другом таким образом, что образуемая ими структура, которую, используя аллегории, можно сравнить со стопкой медных монеток, должна обладать значительной проводимостью. И если одна из «монеток» в такой стопке хоть немного погнута, идеальность контакта нарушается, и проводимость всей стопки падает. В случае же, когда основания совсем не совпадают или есть другие серьёзные повреждения (обычно приводящие к онкологическим заболеваниям), в проводе ДНК образуется разрыв, и он полностью теряет проводимость.

Исследования группы г-жи Бартон говорят, что, ДНК использует свои электрические свойства для подачи сигнала протеинам о том, что им срочно требуется ремонт. Если молекула ДНК больше не проводит электрический сигнал, или проводимость стала заметно хуже, это служит немедленным побудительным призывом к белкам начать работу. Но это дела природные, а сами учёные предлагают создавать ДНК-чипы — устройства, могущие на основе природной проводимости этих биомолекул и их способности связываться с другими нитями, которые обладают комплементарной последовательностью оснований, зондировать ДНК на наличие повреждений и определять природу этих повреждений.

И первые успехи уже есть. Учёным удалось передать электрический сигнал по 34-нанометровому фрагменту ДНК. Это как раз то, что нужно для разработки нового диагностического метода, позволяющего обнаруживать потенциально опасные повреждения ДНК, а также оценивать уровень риска возникновения онкологических заболеваний и их тип. А в онкологии правило «кто предупреждён, тот вооружён» работает как нигде.

Подготовлено по материалам Американского химического общества.

Установлено, что природа использует ДНК в качестве своеобразных проводов для детектирования постоянно происходящих генетических повреждений и разного рода ошибок, которые, если оставить их без надлежащего ремонта, могут привести к таким болезням, как рак.

По словам профессора Жаклин Бартон из Калифорнийского технологического института (США), ДНК, помимо прочего, являются особым типом очень хрупких проводов, которые ввиду этой хрупкости, конечно же, не годятся для создания электрических схем в электронике, но зато необычайно практичны в качестве электрических биосенсоров, обнаруживающих повреждения ДНК.

ДНК страдает постоянно: клетки кожи подвергаются интенсивному воздействию солнечного света, клетки лёгких стрессируются от самых разных канцерогенов, содержащихся в воздухе, а у курильщиков вообще особый счёт с жизнью. Клетки от природы обладают восстановительным механизмом, составной частью которого являются специальные белки, постоянно патрулирующие спиральную структуру ДНК. Они наблюдают за текущим состоянием около 3 млрд пар оснований в составе этих биомолекул, разыскивая и ремонтируя повреждения, нанесённые окружающей средой.

Г-жа Бартон и многие её коллеги давно заметили, что ДНК-архитектура химически напоминает твёрдые материалы, использующиеся в транзисторах и других электронных компонентах. Причём пары оснований ДНК располагаются друг над другом таким образом, что образуемая ими структура, которую, используя аллегории, можно сравнить со стопкой медных монеток, должна обладать значительной проводимостью. И если одна из «монеток» в такой стопке хоть немного погнута, идеальность контакта нарушается, и проводимость всей стопки падает. В случае же, когда основания совсем не совпадают или есть другие серьёзные повреждения (обычно приводящие к онкологическим заболеваниям), в проводе ДНК образуется разрыв, и он полностью теряет проводимость.

Исследования группы г-жи Бартон говорят, что, ДНК использует свои электрические свойства для подачи сигнала протеинам о том, что им срочно требуется ремонт. Если молекула ДНК больше не проводит электрический сигнал, или проводимость стала заметно хуже, это служит немедленным побудительным призывом к белкам начать работу. Но это дела природные, а сами учёные предлагают создавать ДНК-чипы — устройства, могущие на основе природной проводимости этих биомолекул и их способности связываться с другими нитями, которые обладают комплементарной последовательностью оснований, зондировать ДНК на наличие повреждений и определять природу этих повреждений.

И первые успехи уже есть. Учёным удалось передать электрический сигнал по 34-нанометровому фрагменту ДНК. Это как раз то, что нужно для разработки нового диагностического метода, позволяющего обнаруживать потенциально опасные повреждения ДНК, а также оценивать уровень риска возникновения онкологических заболеваний и их тип. А в онкологии правило «кто предупреждён, тот вооружён» работает как нигде.

Подготовлено по материалам Американского химического общества.