डीएनए के वातावरण का अधिक सच्चा-से-जीवन प्रतिनिधित्व बनाकर, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने पता लगाया है कि स्ट्रैंड सेपरेशन-आवश्यक प्रक्रिया एक “आराम” डबल हेलिक्स से गुजरती है, इससे पहले कि वह प्रतिकृति शुरू कर सके या मरम्मत कर सके-पहले से माना जाने वाला क्षेत्र की तुलना में अधिक यांत्रिक बल ले सकता है।
अधिकांश जैव रसायन विज्ञान जो डीएनए का अध्ययन करते हैं, वे इसे एक पानी-आधारित समाधान के भीतर अलग करते हैं जो वैज्ञानिकों को अन्य अणुओं के साथ बातचीत किए बिना डीएनए में हेरफेर करने की अनुमति देता है। वे अलग -अलग स्ट्रैंड्स के लिए गर्मी का उपयोग करते हैं, डीएनए को 150 डिग्री से अधिक फ़ारेनहाइट तक गर्म करते हैं, एक तापमान एक सेल स्वाभाविक रूप से कभी नहीं पहुंचेगा। इसके विपरीत, एक जीवित कोशिका डीएनए में बहुत भीड़ भरे वातावरण में रहता है, और विशेष प्रोटीन डीएनए से यांत्रिक रूप से डबल हेलिक्स को खोलने के लिए संलग्न करते हैं और फिर इसे अलग करते हैं।
नॉर्थवेस्टर्न के प्रोफेसर जॉन मार्को ने कहा, “सेल का इंटीरियर अणुओं के साथ सुपर भीड़ है, और अधिकांश जैव रसायन प्रयोग सुपर अनक्रोवेड हैं।” “आप अतिरिक्त अणुओं को बिलियर्ड गेंदों के रूप में सोच सकते हैं। वे डीएनए डबल हेलिक्स के खिलाफ और इसे खोलने से रोक रहे हैं।”
मार्को, आणविक बायोसाइंसेस के साथ-साथ नॉर्थवेस्टर्न के वेनबर्ग कॉलेज ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में भौतिकी के प्रोफेसर, ने नॉर्थवेस्टर्न पोस्ट-डॉक्टोरल शोधकर्ता पार्थ देसाई के साथ अनुसंधान का नेतृत्व किया। मार्को की प्रयोगशाला में, उनके प्रयोगों के लिए, वह और देसाई डीएनए को अलग करने के लिए सूक्ष्म चुंबकीय चिमटी का उपयोग करते हैं और फिर एक छोर पर सतहों के लिए इसके किस्में को ध्यान से संलग्न करते हैं, और दूसरे पर छोटे चुंबकीय कणों, फिर उच्च-तकनीकी इमेजिंग का संचालन करते हैं। प्रौद्योगिकी लगभग 25 वर्षों से है, और मार्को पहले शोधकर्ताओं में से एक था, जो इसके बारे में सोचने और फिर इसका उपयोग कर रहा था।
मार्को और देसाई ने कागज लिखा था जो न केवल पहचान करता है, बल्कि भीड़ द्वारा लगाए गए तनाव की मात्रा को निर्धारित करता है, जो कि 17 जून को प्रकाशित किया जाएगा बायोफिजिकल जर्नल।
देसाई ने प्रोटीन की नकल करने के लिए डीएनए रखने के समाधान के लिए तीन प्रकार के अणुओं को पेश किया और ग्लिसरॉल, एथिलीन ग्लाइकोल और पॉलीइथाइलीन ग्लाइकोल (प्रत्येक डीएनए डबल हेलिक्स, दो या तीन नैनोमीटर का आकार) के बीच बातचीत की जांच की।
देसाई ने कहा, “हम विभिन्न प्रकार के अणुओं को चाहते थे, जहां कुछ निर्जलीकरण का कारण बनते हैं, यांत्रिक रूप से डीएनए को अस्थिर करते हैं, और फिर अन्य जो डीएनए को स्थिर करते हैं,” देसाई ने कहा। “यह कोशिकाओं में पाई जाने वाली चीजों के बिल्कुल समान नहीं है, लेकिन आप कल्पना कर सकते हैं कि कोशिकाओं में अन्य प्रतिस्पर्धी प्रोटीनों का एक समान प्रभाव होगा। यदि वे पानी के लिए प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं, उदाहरण के लिए, वे डीएनए को निर्जलीकृत करेंगे, और यदि वे पानी के लिए प्रतिस्पर्धा नहीं कर रहे हैं, तो वे डीएनए में भीड़ करेंगे और यह एंट्रोपिक प्रभाव होगा।”
मौलिक, इस तरह के शोध “कई, कई, कई चिकित्सा अग्रिमों के लिए आधार रहे हैं,” मार्को ने कहा, जैसे कि डीएनए की गहरी अनुक्रमण, जहां वैज्ञानिक अब एक दिन के तहत एक पूरे मानव जीनोम का अनुक्रम कर सकते हैं। वह यह भी सोचते हैं कि उनके निष्कर्ष व्यापक रूप से मौलिक जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के अन्य तत्वों पर लागू हो सकते हैं।
“अगर यह डीएनए स्ट्रैंड पृथक्करण को प्रभावित करता है, तो डीएनए के साथ सभी प्रोटीन इंटरैक्शन भी प्रभावित होने वाले हैं,” मार्को ने कहा। “उदाहरण के लिए, डीएनए पर विशिष्ट साइटों से चिपके रहने और विशिष्ट प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए प्रोटीन के लिए प्रवृत्ति – यह भीड़ द्वारा भी परिवर्तित होने जा रही है।”
कई भीड़ वाले एजेंटों को शामिल करने वाले अधिक प्रयोगों को चलाने के अलावा, टीम को एक सेल के एक सच्चे प्रतिनिधित्व के करीब जाने की उम्मीद है, और वहां से, अध्ययन करते हैं कि एंजाइम और डीएनए के बीच बातचीत भीड़ से कैसे प्रभावित होती है।
इस काम को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ (ग्रांट R01-GM105847) द्वारा और मैसाचुसेट्स यूनिवर्सिटी ऑफ 3 डी स्ट्रक्चर एंड फिजिक्स ऑफ द जीनोम (NIH अनुदान UM1-HG011536 के तहत) द्वारा उपठेके द्वारा समर्थित किया गया था।
