בבית הספר זה מוצג לעתים קרובות כסליל כפול מסודר, אך מדענים חושפים את הצורות המגוונות והמורכבות של מולקולות DNA.
DNA הוא מולקולה שנמצאת כמעט בכל תא חי. מכיוון שהמולקולה ארוכה, היא בסופו של דבר מתפתלת על עצמה ומסתבכת. אנזימים בגוף מנסים לווסת את התהליך הזה, אך כאשר זה נכשל, ניתן להפריע לפעילות תקינה בתא, מה שמעורר בריאות חולה ויכול להיות גורם במחלות כמו סרטן והתנוונות עצבית.
כדי למצוא תרופות למחלות גדולות, מדענים צריכים להבין את הצורה המורכבת של סבכי DNA. טכניקות מעבדה קיימות מאפשרות להם לשרטט את הצורה והמבנה של סבכי DNA אך היא עמלנית וגוזלת זמן.
צוות מדעי בינלאומי בראשות אוניברסיטת שפילד בבריטניה, איגר כעת את התהליך. באמצעות מה שמכונה מיקרוסקופ כוח אטומי, תוכנת מחשב מתקדמת ו- AI – הם מסוגלים לדמיין את מולקולות ה- DNA, להתחקות אחר דרכיהם ולמדוד אותן.
הבנת האופן בו ה- DNA משנה את צורה, תחום מדע המכונה טופולוגיית DNA, מחייב את החוקרים לבצע ניתוח בננו -המומלץ, שם ננומטר הוא מיליארד מטר.
אליס פיין, פרופסור לביו -פיזיקה מאוניברסיטת שפילד, שפיקח על המחקר, אמרה: "זו הפעם הראשונה שהצלחנו לקבוע את מבנה מבני ה- DNA המורכבים האישיים שנמצאו בתאים עם דיוק ננומטר. עשינו זאת על ידי פיתוח כלי ניתוח תמונה חדשים מתקדמים שיכולים לעשות בעניין של שניות שלפני כן עשינו שעות.
"זה יאפשר לנו להסתכל על אילו מבנים מורכבים עשויים להיווצר בתא במהלך תהליכים סלולריים תקינים ולא נורמליים, כמו שכפול DNA ולהבין את השלכותיהם. מכאן אנו יכולים להתחיל לבדוק כיצד טופולוגיות ומבנים מורכבים אלה משפיעים על חלבונים המתקשרים עם גנום, למשל, אנטי-אנטי-אנטי-אנטי-נוגדני).
DNA הוא מולקולה ארוכה באמת. ממש כמו כל חתיכת מיתר ארוכה, ה- DNA בתאים שלנו מסתבך ומסורבל. אם אנו רוצים ללמוד את התהליכים בתאים המובילים לקשירת DNA, כמו גם לפעולה של טופואיזומראזות כדי להסיר את הקשר, עלינו להיות מסוגלים לקבוע בדיוק כיצד ה- DNA סבוך.
בכל מעבר DNA, אנו יכולים לראות איזו חתיכת DNA עוברת על איזה וזה אפילו מאפשר לנו להבין את ההבדל בין קשר אחד לתמונת המראה שלו, וזה חשוב במחקרים שלנו. "
ד"ר שון קולום, בית הספר למדעי הביולוגיה המולקולרי, אוניברסיטת גלזגו ומחבר משותף למחקר
מיקרוסקופ של כוח אטומי משתמש בבדיקה זעירה כדי למדוד פיזית את האובייקט הנבדק – במקום אור או אלקטרונים כמו בסוגים אחרים של מיקרוסקופ. ההבדל הזה הופך אותו מתאים לניתוח ננומטוס.
"הדמיות מולקולריות עוזרות לנו להבין כיצד DNA מתקשר עם משטחי נציץ בניסויי AFM", אמר דוסאן ראצ'קו ממכון הפולימר של האקדמיה הסלובקית למדעים, שהיה מעורב במחקר. "על ידי פיתוח מודלים מתקדמים, אנו יכולים לייצר אלפי מבנים מולקולריים להכשרת מסגרות AI עתידיות – לקרב אותנו להמחשה והבנת טופולוגיה של מכלולי DNA מורכבים."
המחקר הוא שיאו של שיתוף פעולה מחקרי בינלאומי בו מעורבים מדענים משש אוניברסיטאות ומכוני מחקר מרחבי בריטניה, סלובקיה וצרפת.
