Поиск - новости науки и техники

Ученые смогли «расплавить» ДНК на суперкомпьютере

25.11.19

Российские ученые рассчитали на отечественном суперкомпьютере параметры денатурации ДНК — разъединения цепочек двойной спирали. Этот процесс предшествует любой реакции, связанной с наследственным материалом, например синтезу дочерних молекул. Полученные результаты помогут лучше понять принципы жизнедеятельности клетки, а в будущем приблизиться к созданию электронных устройств на основе ДНК. Статья опубликована в журнале European Physical Journal B.

Суперкомпьютер К-100 Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН

Денатурация ДНК предшествует любой реакции, связанной с передачей генетической информации, поэтому условия, при которых молекула находится в комплементарном или открытом состоянии, очень важны для понимания этих процессов. Ученые из Института математических проблем биологии (ИМПБ РАН, г. Пущино) вычислили параметры процесса плавления ДНК.

Они рассчитали, как изменяется ее теплоемкость — количество теплоты, которое нужно затратить на то, чтобы нагреть вещество на один градус, — в зависимости от температуры в процессе медленного нагревания. Авторы провели моделирование для цепочки конечной длины в 100 нуклеотидов методом молекулярной динамики и получили кривую ее теплоемкости.

Моделирование показало, что при одной температуре в области плавления молекула ДНК может находиться в трех состояниях —комплементарном, открытом или частично денатурированном. Этим объясняется пологий участок на графике теплоемкости, полученный при расчетах и подтвержденный в ряде экспериментальных работ.

В природе денатурация ДНК начинается на участках с определенной последовательностью нуклеотидов — промоторах. С них же стартует считывание генетической информации. Температура плавления этих участков значительно ниже, чем у остальной ДНК, поэтому две цепочки «расстегиваются», как молния, начиная с них, а не разъединяются в произвольных местах.

«Изучая характеристики ДНК, можно больше узнать о том, как происходит ее удвоение, восстановление от химических и физических повреждений, как делятся клетки, а также синтезируются белков. Методом плавления можно проводить начальное грубое секвенирование, то есть расшифровку, фрагментов ДНК. Этот важный вопрос мы планируем исследовать в дальнейшем»,

– рассказывает  кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Лаборатории молекулярной динамики ИМПБ РАН Илья Лихачев.

                                                                                               Илья Лихачев

По словам ученых, полученную информацию можно использовать для изучения старения, лечения болезней, поскольку ученые связывают эти процессы с накоплением повреждений в генетическом материале. Новая информация о ДНК полезна для развития биоэлектроники, целью которой является создание устройств на основе ДНК: биочипов и микропроцессоров.

Андрей Горбачев

Нет комментариев