Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Учёные МГУ высчитали, что ДНК в ядре клетки складывается как "фрактальная глобула"

Ключевые слова:  ДНК, Исследования, МГУ имени Ломоносова, Фрактальная глобула

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

26 мая 2015

Группа исследователей из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова попробовала разобраться с одним из наименее ясных на сегодня вопросов молекулярной биологии – с вопросом о том, как в ядре клетки упаковываются нити ДНК. Учёные пришли к выводу, что укладка в особое состояние под названием "фрактальная глобула" позволяет всей этой генетической машинерии клетки работать с максимальным быстродействием.

Фрактальная глобула – понятие математическое. Но его можно объяснить на примере верёвки или лески. Если вы уроните на пол длинную рыболовную леску (например, от спиннинга), она тут же свернется в такой невообразимо "подлый" клубок, что вам придётся либо распутывать его часами, либо бежать в магазин за новой катушкой. Это обычная, так называемая равновесная, глобула. Фрактальная глобула – структура в этом смысле намного более "вежливая". Применительно к леске это комок, в котором леска ни разу не завязалась в узел, она просто свернулась множество раз, так, чтобы ни одна петля не обвилась вокруг другой. Такая структура представляет собой множество свободных петель разного размера – потяни её за два конца, и она легко распутается.

Российские физики Александр Гросберг, Сергей Нечаев и Евгений Шахнович, впервые спрогнозировавшие существование её ещё в 1988-м году, назвали такую глобулу "складчатой". Всё потому, что она чем-то похожа из-за своей укладки на современную лапшу быстрого приготовления в виде брикетов ("доширак"),

В последние годы её чаще называют фрактальной – и звучит научнее, да и полней отражает свойства такой глобулы, поскольку, как и во всех фракталах, её структура (в данном случае форма мелких и крупных петель) повторяется на малых и больших масштабах.

Долгое время это предсказание оставалось невостребованным. Но результаты исследований последних лет указывают, что хромосомы (нити ДНК) складываются в ядре именно в такую конфигурацию – во фрактальную глобулу. Сегодня по этому поводу в научном сообществе нет консенсуса. Но большинство специалистов, работающих в этой области, сильно заинтригованы, и последние 5-7 лет наблюдается целый поток исследований, посвященных геному, свёрнутому во фрактальную глобулу.

Интуитивно это было бы понятно. Двойная спираль ДНК, укреплённая соответствующим набором белков, представляет собой длинную нить, называемую хроматином. И если этот хроматин представляет собой библиотеку технических руководств по синтезу того или иного белка, нужного организму, то лучше было бы текст этих руководств без нужды не трогать. Соответственно, организму нужно избегать ненужных перекрещиваний одного гена с другим и складывать хроматиновую нитку так, чтобы ни в одном месте части этой нитки между собой не завязывались узлом.

Поэтому, как бы эта нитка хроматина в ядре ни складывалась, она не должна повторять судьбу нечаянно упавшей на пол рыболовной лески, то есть быть не простой глобулой, а фрактальной.

Вдобавок нитка во фрактальной глобуле, не имеющая узлов, по идее должна иметь более высокую свободу перемещений, что для ДНК немаловажно. Для того чтобы ДНК нормально функционировала, необходимо, чтобы её отдельные части в нужный момент встречались между собой, "включая" сигнал к считыванию и указывая всей системе место, откуда это считывание следует начинать, причем всё это должно происходить достаточно быстро (в том числе и во время починки главного носителя информации).

Учёным из МГУ удалось придумать и посмотреть на поведение модельной (более короткой чем реальная ДНК) цепи, свёрнутой во фрактальную глобулу. У их предшественников смоделировать ситуацию с длинной цепочкой, состоящей из четверти миллиона звеньев, не получалось. По признанию исследователей, моделирование длинных цепочек (а именно они позволяют получить сколько-нибудь значимые результаты) затрудняется тем, что они очень долго приходят в равновесное состояние.

"Мы сумели оценить тепловую динамику, свойственную этому виду укладки. Проведённое нами компьютерное моделирование хорошо подтвердило теоретический результат", – отметил Михаил Тамм, сотрудник кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ, один из авторов исследования. Удачно разрешив эту проблему за счёт грамотно выстроенной программы и большого компьютерного времени на суперкомпьютере МГУ "Ломоносов", исследователи смогли оценить динамику теплового движения (изменение в движении, происходящем за счёт температуры) в моделируемой фрактальной глобуле.

Оказалось, что звенья хроматиновой цепочки движутся во фрактальной глобуле быстрее, чем в обычной ("запутанной"). Что в числе прочего могло повлиять на выбор природы (в ходе эволюционного развития) фрактальной глобулы в качестве лучшего способа укладки ДНК в ядре.

Исследователи надеются, что их работа позволит лучше понять, как именно функционирует вся машинерия, связанная с хранением и считыванием информации в ДНК.

"С точки зрения динамики нам бы хотелось разобраться с тем, какие там встроенные характерные времена, какие процессы могут происходить просто за счёт теплового движения, а что неизбежно требует привлечения активных элементов, ускоряющих работу ДНК", – резюмировал Тамм.

Результаты своей работы учёные опубликовали в майском номере журнала Physical Review Letters.


Источник: Вести.Наука



Комментарии
Форма куба показана для наглядности? Что-то не верится, что подобная форма является оптимальной для клетки.
Интересно какая глобула ДНК в паталогичной (раковой) клетке.
Пастух Евфграфович, 27 мая 2015 17:25 


Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Чары Наномира
Чары Наномира

Школа PI SCAMT: Стань руководителем глобальной лаборатории
Университет ИТМО приглашает принять участие в Школе PI. Школа PI - это возможность узнать как из точки А "молодой кандидат наук" дойти до точки Б "научный руководитель". За 1 неделю вы узнаете об этапах организации успешной исследовательской группы в России и разработаете дорожную карту построения своей собственной лаборатории. Школа PI подходит для кандидатов наук, защитивших диссертацию в области естественных наук не ранее 2015 года. Прием заявок до 1 мая 2021 г.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Новые титансодержащие комплексы для водородных
аккумуляторов. Зеленая электроника: мягкий актуатор из венериной мухоловки. Шелковичные черви создают новые нанокомпозиты in vivo. Конференции

В магистратуру МГУ - без экзаменов, юбилейная универсиада
Универсиада МГУ - уникальный конкурс, впервые проводимый в новом формате, который охватывает широкий диапазон участников – студентов и выпускников специалитета, бакалавриата, магистратуры, аспирантов, молодых ученых. Конкурс рассчитан на поддержку талантливой молодежи, мотивацию дальнейшего развития научно-исследовательской карьеры, пропаганду научных знаний, активное вовлечение участников в обмен мнениями и равноправное соревнование со своими сверстниками и коллегами на международном уровне, а также поступление в бесплатную магистратуру МГУ без экзаменов по результатам Универсиады.

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.