Генетики виявили, як утворюються нові структури ДНК.

Полифосфати — це ланцюги фосфатних сполук, які зустрічаються у всіх живих організмах, від бактерій і грибів до рослин і людини. Ці давні молекулярні «універсали» беруть участь у регуляції безлічі клітинних процесів, включаючи згортання крові у людини та реакцію на стрес у бактерій. Найчастіше їх знаходять поряд з хроматином (що є основою хромосом), однак зв'язок цих простих за будовою неорганічних полімерів з ДНК довгий час залишалася загадкою.

У бактеріальних клітинах полифосфати можуть формувати особливі конденсатори (безмембранні краплі) в області нуклеоїда, тобто там, де зберігається генетичний матеріал. Такі клітини зазвичай збагачені іонами магнію. Саме вони, як з'ясували автори дослідження, опублікованого в журналі Nature Communications, відіграють ключову роль у з'єднанні полифосфатів і ДНК під час формування нових структур.

Команда вчених під керівництвом Лізи Рекі (Lisa Racki) та Ашока Деніза (Ashok Deniz) спостерігала цей ефект, застосувавши методи флуоресцентної мікроскопії (молекули полифосфатів і ДНК позначалися барвниками) та електронної крітомографії (щоб детально розглянути структуру). Цей підхід дозволив зафіксувати, як саме нитки ДНК прилягають до поверхні полифосфатних конденсатів.

Результати показали, що в присутності іонів магнію довгі ланцюги полифосфатів самостійно збиралися в краплі, однак оболонка формувалася лише при певних концентраціях: при занадто низькому або високому вмісті іонів магнію процес переривався. Отже, змінити «поведінку» ДНК і розмір полифосфатних конденсатів могли навіть незначні концентрації іонів магнію. Довгі ланцюги ДНК при цьому зменшували розмір крапель, запобігаючи їх злиттю.

Відкриття дозволяє по-новому поглянути на роль полифосфатів в компоновці ДНК, оскільки від їх присутності може змінюватися форма і функція хроматину. Вчені зазначили, що описаний ними механізм, ймовірно, широко поширений і не обмежується бактеріальними клітинами: магній і ДНК зустрічаються повсюдно. Як і полифосфати.

Оскільки полифосфатні конденсатори — це підходящий варіант наноємностей для упаковки лікарських речовин, результати наукової роботи знайдуть застосування в біоінженерії, а розуміння того, що оболонка з ДНК впливає на їх форму і поведінку, дозволить краще керувати структурою подібних комплексів.

Щоб з'ясувати, чи застосовний цей універсальний механізм до ряду інших молекулярних взаємодій у клітинах, вчені мають намір провести подальші експерименти, в яких до ДНК і полифосфатів додадуть різні білки та інші компоненти. Оскільки такі прості полімери, як полифосфати, в присутності магнію та ДНК формують структури, що впливають на конфігурацію генетичного матеріалу та клітинні функції, результати майбутніх досліджень, ймовірно, будуть вражаючими.