מדענים מאוניברסיטת לסטר תפסו את "הסרט המולקולרי" המפורט הראשון המראה ש- DNA לא רוכסן ברמה האטומית – וחשפו כיצד התאים מתחילים בתהליך המכריע של העתקת החומר הגנטי שלהם.
הגילוי פורץ הדרך, שפורסם בכתב העת היוקרתי טֶבַעיכולות להיות בעלות השלכות מרחיקות לכת, ועוזרות לנו להבין כיצד נגיפים וסרטן מסוימים משכפלים.
בעזרת מיקרוסקופיית קריו-אלקטרונים מתקדמת, צוות המדענים הצליח לדמיין אנזים מסוק (מכונת פתיחת ה- DNA של ה- DNA) בתהליך הרפתית ה- DNA. מסוקי DNA הם חיוניים במהלך שכפול ה- DNA מכיוון שהם מפרידים בין DNA עם גדילים כפולים לגדילים בודדים, ומאפשרים להעתיק כל גדיל.
ד"ר טאהא שאהיד, ממכון הביולוגיה המבנית והכימית של אוניברסיטת לסטר, אמר: "רשמנו תמונות מספר רב של תמונות המראות כיצד מנוע מולקולרי זה מפריד בשיטתיות את הסליל הכפול של ה- DNA. זה כמו רוכסן במולקולרי, אך לא נעשה זאת במדעים.
"עכשיו אנו יכולים לראות את התהליך כולו נפרש, באופן רגע-רגע, וחושף את המכניקה המדויקת של אחד התהליכים הבסיסיים ביותר בחיים."
החוקרים מצאו כי במקום לעבוד בכוח ברוט כפי שהניח בעבר, ההליקה פועלת באמצעות מנגנון אלגנטי המשתמש בדלק סלולרי (ATP) כטריגר מדויק.
זה מתפקד כמו מנוע מולקולרי בן שש בוכנות – כל בוכנה "יורה" ברצף, ומניעה את המכונה קדימה לאורך ה- DNA. באופן חיוני, במקום לדחוף את הגדילים ישירות, הוא משחרר מתח מובנה – כמו להרפות ממעיין דחוס – מאפשר ל- DNA להירגע באופן טבעי.
ד"ר שאהיד אמר: "מנגנון" מתג האנטרופיה "זה שונה באופן מהותי מאיך שחשבנו שהמנועים המולקולריים עבדו. פתרנו גם תעלומה ארוכת שנים על האופן בו תאים מתאמים העתקת DNA לשני הכיוונים, וגילינו ששתי מכונות מסוק עובדות יחד באתרי DNA ספציפיים, ומבססים" Forks "המאפשרים העתקה יעילה של זרידים שניהם בו זמנית."
המחקר היה שיתוף פעולה בינלאומי בין אוניברסיטת לסטר לבין אוניברסיטת המלך עבדאללה למדע וטכנולוגיה (KAUST) בסעודיה, שסיפק מימון ליבה ומתקן הקריו האזורי של מידלנדס במכון לסטר לביולוגיה מבנית וכימית (LISCB), שסיפק תשתית חיונית לעבודה.
ד"ר שאהיד המשיך: "נראה כי מנגנון המסוק שחשפנו שומר מבחינה אבולוציונית מוירוסים לבני אדם, ומספק תכנית אוניברסלית להבנת שכפול DNA בכל תחומי החיים. מנקודת מבט רפואית, נגיפים רבים – כולל פוקסווילוס, דומים לבנייה של פפילומבוסציה (יכולת לנקות את הפירוק. תובנות יכולות להנחות את התפתחותם של טיפולים אנטי -ויראליים ממוקדים במדויק המשבשים את השכפול הנגיפי מבלי לפגוע בתאים אנושיים. "
ד"ר אלפרדו דה ביאסיו, סופר בכיר בעיתון מקאוסט ואוניברסיטת לסטר, הוסיף: "עבודה זו מייצגת התקדמות משמעותית בהבנתנו את המכונות המולקולריות של החיים. על ידי שילוב של ביולוגיה מבנית עם שיטות חישוב מתוחכמות, הצלחנו לחשוף לא רק איך זה מכונה מולקולרית זו, אלא זה עובד.
"הטבע פיתח מכונה ננומטרית יעילה להפליא במסוק – הבנת האופן בו היא עובדת יכולה לעורר תכנון של מכשירים מולקולריים סינתטיים המשתמשים בעקרונות דומים ליישומים טכנולוגיים."
פרופסור ג'ון שוואבה, מנהל המכון לביולוגיה מבנית וכימית של לסטר, שהקים את מתקן המיקרוסקופיה הקריו-אלקטרונית באוניברסיטת לסטר, הוסיף: "זו דוגמא נוספת לאופן בו המתקן המוביל בעולם שלנו תורם לחשיפת המנגנונים הבסיסיים הקריטיים העומדים בבסיס חייו."
