התבוננות ראשונה אי-פעם בהתפרקותו של סליל דנ”א דו-גדילי

התפרקותו של הדנ”א מתרחשת במסגרת מספר תהליכים טבעיים החיוניים לחיים: מוּטָגֵנֵזָה (שינוי ברצף הדנ”א), סינתזה, הַצְרָפָה (recombination) ותיקון

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
מדענים פיתחו שיטה לייצור גבישים ביולוגיים המאפשרים לחוקרים לצפות – לראשונה אי-פעם – בהתפרקותם של סלילי דנ”א כפולים. החוקרים פיתחו גם הדמיית מחשב המאפשרת לראות את התהליך הזה במו עינינו.

מדענים מהמרכז הלאומי לחקר הסרטן של ספרד (CNIO) פיתחו שיטה לייצור גבישים ביולוגיים המאפשרים לחוקרים לצפות – לראשונה אי-פעם – בהתפרקותם של סלילי דנ”א כפולים. החוקרים פיתחו גם הדמיית מחשב המאפשרת להמחיש את התהליך הזה. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי Nature Structural & Molecular Biology.

“ידענו כי אנזימים, או חלבונים, אחראים להתפרקותם של סלילים כפולים אלו, אולם לא ידענו כיצד מנגנון זה פועל בדיוק,” אמר החוקר הראשי. “במחקר שלנו, אנו מתארים בפרטי פרטים את הדינמיקה של תגובה ביולוגית בסיסית זו המתווכת ע”י אנזים מוגדר (I-Dmol). את התצפיות שלנו ניתן להשליך למשפחות אחרות ורבות של אנזימים בעלי תפקוד זהה או דומה.”

התפרקותו של הדנ”א מתרחשת במסגרת מספר תהליכים טבעיים החיוניים לחיים: מוּטָגֵנֵזָה (שינוי ברצף הדנ”א), סינתזה, הַצְרָפָה (recombination) ותיקון. בתחום של ביולוגיה מולקולארית ניתן להכין דנ”א גם בצורה סינתטית. מרגע שחושפים את המנגנון המדויק האחראי להתפרקות זו, ניתן יהיה להשתמש בידע זה במספר יישומים ביוטכנולוגיים, החל מתיקון מוטציות על מנת לטפל במחלות גנטיות וכלה בפיתוחם של אורגניזמים ששונו גנטית.

אנזימים מתפקדים בתור מערכות דינאמיות בעלות רמת התמקצעות גבוהה. ניתן להשוות את פונקציית הפרוק שלהם, מסביר החוקר הראשי, למכונת חיתוך בדים שעוצבה במיוחד כך שהיא “תבצע חיתוך רק כאשר שילוב ספציפי של צבעים עובר תחת הלהב שלה.” במקרה דנן, החוקרים התמקדו בצפייה בשינויים המרחביים שהתרחשו באתר הפעיל של האנזים I-Dmol – אותו חלק באנזים הכולל את חומצות האמינו המתפקדות בתור הלהב החותך את סליל הדנ”א הכפול. באמצעות שינוי מאזן הטמפרטורה ורמת החומציות (pH) החוקרים הצליחו לעכב תגובה כימית הנמשכת באופן רגיל מיקרושניות כך שתימשך לזמן של עד עשרה ימים. בתנאים אלו, החוקרים הצליחו ליצור סרטון בהילוך איטי של התהליך כולו.

“ע”י החדרת קטיון של המתכת מגנזיום הצלחנו ליזום את תגובת האנזים ולאחר מכן לייצר גבישים ביולוגיים ולהקפיא אותם לטמפרטורה של מינוס 200 מעלות צלזיוס,” אמר החוקר. “באופן כזה, הצלחנו לאסוף 185 מבנים גבישיים המייצגים את כל השינויים המרחביים שהתרחשו בכל אחד משלבי התגובה.” בשלב האחרון ובעזרת ניתוח ממוחשב, החוקרים הצליחו להמחיש את שבעת שלבי הביניים של תהליך פיצולו של סליל דנ”א כפול. “הממצאים שלנו מרתקים מאוד מכיוון שהבנת מנגנון זה תספק לנו את המידע שאנו צריכים על מנת לתכנן ולעצב אנזימים דומים שיתפקדו בתור מספריים מולקולאריים מדויקים, אנזימים המהווים כלים חיוניים לשינוי הגנום,” מסכם ואומר החוקר הראשי.

תקציר המאמר

הידיעה על המחקר

הדמיה ממוחשבת