Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойБиологияВосстановление ДНК со скоростью света: разгадка тайны с ТАРДИС

Восстановление ДНК со скоростью света: разгадка тайны с ТАРДИС

- Advertisement -

Исследования Коэна Мартенса направлены на понимание скорости и эффективности механизмов восстановления ДНК в организме человека. Его разработка программного обеспечения ТАРДИС значительно улучшила возможности изучения этих процессов в ответ на повреждение УФ-излучением. Фото: SciTechDaily.com

Исследователи из Боннского университета разрабатывают метод, позволяющий ускорить наблюдение за высокопроизводительными микробиологическими процессами.

Возможность наблюдать за микроорганизмами и их клеточными компонентами является ключом к пониманию фундаментальных процессов, которые происходят внутри клеток, и, следовательно, к потенциальной разработке новых методов лечения. Микробиологи и биофизики из Боннского университета и Вагенингенского университета разработали метод, который ускоряет высокопроизводительный процесс наблюдения за молекулами в пять раз, позволяя получить представление о до сих пор неизвестных клеточных функциях.

Повреждение и восстановление ДНК

Если наша кожа слишком долго подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей, например, солнца, это может вызвать мутации в нашем организме. ДНК, что потенциально может привести к раку. Однако в человеческом организме есть защитный механизм, который он может использовать.

«Повреждение нашей ДНК активирует молекулы, которые быстро ее восстанавливают, в идеале до того, как клетка разделится и повреждение распространится», — объясняет Коэн Мартенс из Института микробиологии и биотехнологии Боннского университета. Однако никто точно не знает, насколько быстро работает эта функция восстановления клеток, и теперь Мартенс хочет это выяснить.

Проблемы в отслеживании восстановления ДНК

Однако это легче сказать, чем сделать, поскольку используемые на сегодняшний день методы недостаточно эффективны для точного отслеживания отдельных молекул. «Отслеживание одиночных частиц предполагает маркировку молекулы флуоресцентным светом, превращая ее в своего рода лампочку», — объясняет Коэн Мартенс. «Затем мы делаем сотни фотографий в секунду, используя микроскоп высокого разрешения. Наша «лампочка» освещает молекулу в темноте клетки, позволяя нам наблюдать за ней и отслеживать ее движение во времени. Это позволяет нам измерить его диффузию и то, как он взаимодействует с другими клеточными компонентами».

Доктор Коэн Мартенс из Института микробиологии и биотехнологии Боннского университета работает над специально изготовленным флуоресцентным микроскопом сверхвысокого разрешения, который он использует для своих исследований. Фото: Фолькер Ланнерт/Боннский университет.

Глядя на промежутки между молекулами и расстояния, пройденные отдельной молекулой от одной фотографии к другой, исследователи могут определить, свободно ли частицы движутся внутри клетки или взаимодействуют с другими молекулами. Что касается репарации ДНК, это указывает на то, когда ферменты выполняют свою работу по восстановлению, т. е. когда они взаимодействуют с ДНК, и когда они «бездействуют», т. е. свободно диффундируют внутри клетки.

Однако у этого метода есть один недостаток: «Трудно отслеживать несколько молекул одновременно», — объясняет Мартенс. «Когда их пути пересекаются или они оказываются слишком близко друг к другу, по сути происходит слияние двух лампочек. Тогда невозможно идентифицировать их перемещения».

Поэтому до сих пор микробиологам приходилось изучать молекулы одну за другой в ходе трудоемкого процесса, который слишком затяжен, чтобы наблюдать «в работе» молекул, восстанавливающих ДНК. Фактически, отслеживание одиночных частиц в настоящее время занимает больше времени, чем сам процесс восстановления.

Достижения в области молекулярных исследований

Чтобы решить эту проблему, Коен Мартенс создал программное обеспечение, ускоряющее высокопроизводительный процесс. ТАРДИС (сокращение от «временной анализ относительных расстояний») выполняет комплексный анализ расстояний между точками, то есть положений молекул на отдельных фотографиях, с увеличением временных задержек. Вместо того, чтобы фокусироваться на отдельных точках, как раньше, он смотрит на всю последовательность движений внутри клетки и, таким образом, одновременно изучает все молекулы. «ТАРДИС ускоряет процесс измерения как минимум в пять раз без потери информации», — говорит счастливый Мартенс.

Это означает, что теперь он может посвятить свое внимание оставшейся части своего исследовательского проекта, используя ТАРДИС для более детального изучения процессов, связанных с восстановлением ДНК. «Мне особенно интересно исследовать, насколько легко или сложно восстановить определенные виды повреждений и насколько сильно ДНК повреждается определенной дозой УФ-излучения или химических веществ».

Ссылка: «Временной анализ относительных расстояний (ТАРДИС) — это надежная, не требующая параметров альтернатива отслеживанию одиночных частиц», Коэн Дж. А. Мартенс, Бартош Турковид, Йоханнес Холбейн и Ульрике Эндесфельдер, 15 января 2024 г., Природные методы.
DOI: 10.1038/s41592-023-02149-7

Вагенингенский университет и исследовательский центр участвовали в этом исследовании вместе с Боннским университетом. Работа финансировалась Фондом Александра фон Гумбольдта, Университетом Карнеги-Меллона, Программой Аргеландера для начинающих исследователей Боннского университета, стипендией доктора философии в Высшей школе VLAG Университета Вагенингена и Национальным научным фондом.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме