Wissenschaftler beobachten, wie Bakterien gebrochene DNA in Echtzeit reparieren, um genau zu sehen, wie

Die schnelle und vollständige Reparatur von Genbrüchen kann für die meisten Organismen lebenswichtig sein. Schon die einfachsten Änderungen an der Sequenz riskieren die Katastrophe, insbesondere wenn der geänderte Code für eine kritische Funktion verantwortlich ist.

Im Laufe des letzten halben Jahrhunderts haben Biologen die Mechanismen untersucht, die beim Zusammenbau der meisten Schlüsselschritte bei der Durchführung von vollständigen Reparaturen in der DNA beteiligt sind. Ein Teil des Prozesses blieb jedoch frustrierend unklar.

Durch das Markieren von Schlüsselenzymen und DNA mit fluoreszierenden Markierungen und dem Beobachten des Reparaturprozesses in Echtzeit in Escherichia coli Modell ergänzten Forscher der Universität Uppsala in Schweden fehlende Details darüber, wie Bakterien die Vorlagen finden, auf die sie angewiesen sind, um genetische Reparaturen fehlerfrei zu halten.

Ein Trick, den die meisten Lebewesen anwenden, um ihren Code in Ordnung zu halten, ist der Prozess homologe Rekombination, das biologische Äquivalent zum Vergleich zweier verschiedener Versionen eines Skripts, um sicherzustellen, dass die Version nicht versehentlich Fehler einführt.

Indem die Zelle eine unbeschädigte Kopie der Sequenz neben die Reparaturaufgabe hält, kann sichergestellt werden, dass beim Zusammenkleben der geschnittenen Enden keine Veränderungen auftreten.

Das wissen Molekularbiologen schon seit einiger Zeit Rekombinase-Protein rica Es spielt eine wichtige Rolle bei der Steuerung dieses Prozesses. Es ist ein wichtiges Enzym für die Aufrechterhaltung der Integrität der DNA Kopie davon Es kommt in fast allen untersuchten Arten vor.

Wenn die doppelsträngige „Leiter“ der DNA vollständig gebrochen ist, arbeitet eine Gruppe von Proteinen daran, die abgetrennten Enden aufzunehmen und sie sauber zu schneiden, damit RecA sich einleben und seine Arbeit erledigen kann.

Dieses Protein erstreckt sich zu einem langen Block und umfasst einen Protein- und DNA-Strang, der sowohl an den gebrochenen Strang als auch an einen intakten zweiten Strang ungebrochener DNA haften kann.

Viele Gelehrte wissen. Von dort aus muss der Draht die richtige Reihenfolge finden, um als Vergleichspunkt zu dienen. Wie die Stränge diese Forschung in ausreichend kurzer Zeit durchführen, ist seit mehr als 50 Jahren ein Rätsel, das sich durch die Millionen von Basenpaaren vervielfacht, die inmitten der komplexen Drehungen und Wendungen des Chromosoms untersucht werden müssen.

Um das Timing und die Navigation des Enzyms bei der Arbeit besser zu verstehen, haben die Forscher Tausende von coli-Bakterien Die Zellen befinden sich in einer Reihe winziger Kanäle, die es ihnen ermöglicht haben, einzelne Bakterien während ihres Experiments zu verfolgen.

Mit den Zellen an Ort und Stelle machten die Wissenschaftler winzige Pausen in der DNA mit CRISPR Genbearbeitung, Markierung der abgetrennten Enden mit fluoreszierenden Markern, um die Bruchstelle unter dem Mikroskop sichtbar zu machen.

„Der mikrofluidische Kulturchip ermöglicht es uns, gleichzeitig das Schicksal Tausender einzelner Bakterien zu verfolgen und die durch die CRISPR-Technologie verursachte DNA-Störung rechtzeitig zu kontrollieren.“ sagen Der Molekularbiologe der Universität Uppsala, Jacob Wiktor.

Verwenden Sie schließlich Antikörper Um RecA-Threads zu finden, wenn sie sich eingelebt haben und ihre Bibliothek durchsucht haben.

Melden Sie dem Team einen chemischen Alarm, wenn der gesamte Reparaturprozess abgeschlossen ist. Im Durchschnitt dauerte es nur 15 Minuten für coli-Bakterien Arbeit zu beenden.

Überraschenderweise dauerte es nur neun dieser Minuten, bis das Protein das richtige Template gefunden hatte.

Das Geheimnis scheint in der Konstruktion der Stränge des RecA-Nukleoproteins zu liegen. Dieser Faden läuft durch die Zelle, greift das Chromosom und gleitet nach unten, um eine Übereinstimmung mit der Sequenz in seinem Griff zu finden.

Dies mag zwar nicht so effektiv erscheinen, unterscheidet sich jedoch nicht davon, methodisch in Bibliotheksgängen auf und ab zu gehen, um nach einem Buch zu suchen, das der Signatur aus dem Katalog entspricht.

„Da die DNA-Enden in diese Fasern eingebettet sind, reicht es aus, dass jedes Segment der Stränge das kostbare Template findet, sodass die Suche theoretisch von drei auf zwei Dimensionen reduziert wird.“ sagen Arvid Geno.

„Unser Modell legt nahe, dass dies der Schlüssel zu einer schnellen und erfolgreichen Symmetriereparatur ist.“

Obwohl diese Forschung an Bakterien durchgeführt wurde, macht die Tatsache, dass RecA in der gesamten Biosphäre ähnlich ist, es für unseren Körper relevant.

Jetzt, da wir wissen, wie der Prozess funktioniert, können wir nach Anzeichen für Situationen suchen, in denen unsere DNA-Reparatur fehlschlägt, und den Weg zum Verständnis der Ursprünge von Krankheiten ebnen, wie z Krebs.

Diese Studie wurde veröffentlicht in Temperieren Sie die Natur.