Учёные десятилетиями ошибались о «узлах» в ДНК

Исследователи из Кембриджского университета совместно с международными коллегами выявили ключевой процесс, влияющий на поведение ДНК при прохождении через нанопоры. Работа раскрывает важность давно игнорируемой структуры — плектонема, что может повлиять на развитие геномики и биосенсорики.

Нанопоры — это крошечные отверстия, через которые проходит одиночная нить ДНК, генерируя электрические сигналы для анализа. Долгое время считалось, что сложные паттерны в этих сигналах вызваны образованием настоящих узлов на ДНК, подобно запутанному шнурку.

Новое исследование, опубликованное в Physical Review X, опровергает эту теорию. Учёные обнаружили, что сигналы чаще создаются не узлами, а скручиванием молекулы в плектонемы — структуры, напоминающие спираль телефонного провода.

«Наши эксперименты показали, что при протаскивании ДНК через нанопору ионный поток закручивает нить, накапливая крутящий момент и формируя плектонемы, а не просто узлы. У этой "скрытой" скрученной структуры есть отличительный, долгоживущий "отпечаток" в электрическом сигнале», — пояснил ведущий автор работы доктор Фэй Чжэн из Кавендишской лаборатории.

Исследователи выяснили, что закручивание вызывается электроосмотическим потоком — движением воды, управляемым электрическими полями внутри нанопоры. В отличие от узлов, которые быстро распутываются, плектонемы могут увеличиваться и сохраняться на протяжении всего процесса.

Эксперименты с «надрезанной» ДНК, где распространение кручения было нарушено, подтвердили гипотезу: образование плектонем резко сократилось.

«Теперь мы можем отличить узлы от плектонем в сигнале нанопоры по их продолжительности, — говорит соавтор работы профессор Ульрих Ф. Кейзер. — Узлы проходят быстро, а плектонемы задерживаются, создавая протяжённые сигналы. Это открывает путь к более богатому и детальному считыванию организации ДНК и её целостности».

Открытие важно не только для сенсорных технологий, но и для понимания поведения ДНК в живой клетке, где скручивание играет ключевую роль в организации генома.