Minijaturni rotor DNK omogućuje mikroskopima da prate transkripciju gena po jednom bazičnom paru

Znanstvenici iz Instituta Salka razvili su revolucionarnu tehniku koja koristi origami DNK za promatranje molekularnih kretanja s neviđenim detaljima, omogućujući istraživačima praćenje transkripcije gena na razini pojedinačnih baznih parova tijekom dužeg razdoblja.

U središtu metode je strategija "cikliranja boja" koja kontinuirano dopunjuje fluorescentne oznake priključene na DNK strukture. Tradicionalna fluorescentna mikroskopija suočava se s ograničenjima zbog postupnog zatamnjenja fluorescentnih markera tijekom vremena, što ograničava prozore promatranja na samo nekoliko sekundi. Dizajniranjem sustava koji održava dosljedno osvjetljenje, Salkov tim je produžio ova mjerenja na nekoliko sati. Ovaj proboj omogućuje vizualizaciju kretanja RNA polimeraze dok prolazi kroz DNK, otkrivajući njegovo ponašanje na rezoluciji koja je ranije bila nedostižna.

Tehnika se temelji na načelima DNA origamija, metode koja koristi svojstva DNK za izgradnju složenih nanostruktura. Ove strukture formiraju se kroz samo-sastavljanje DNK pramenova, vođene specifičnim parovanjem nukleotida, adenina s timinom i citosina s guaninom.

"Ako ne znate kako se nešto kreće, ne znate što radi", objasnio je. Cilj rada njegovog tima je prelaziti jaz između dobro mapiranih kemijskih procesa unutar stanica i manje razumljivih mehaničkih aspekata molekularne funkcije. ORBIT koristi kombinaciju DNA origamija i fluorescentnog označavanja kako bi stvorio nanostrukture koje djeluju i kao skele i kao senzori. Jedna komponenta strukture, poznata kao stabljika odvijača, veže se za RNA polimerazu, dok drugi dio, ručka u obliku znaka X, zajedno s fluorescentnom sondom, pojačava kretanje enzima dok surađuje s DNA-om.

Ovaj sustav učinkovito prevodi mehanička djelovanja enzima u promatrane promjene intenziteta svjetlosti, što omogućuje praćenje procesa transkripcije u realnom vremenu. Implikacije ovog istraživanja prevazilaze osnovnu znanost. Razumijevanje kako RNA polimeraza funkcionira na tako detaljnom nivou moglo bi informirati razvoj novih terapeutskih strategija za bolesti povezane s pogrešnom transkripcijom gena.

Kosurijev rad s DNA origamijem već je privukao pozornost izvan akademskih krugova. Surađivao je s inženjerom Markom Roberom na izgradnji najmanjeg Nerf pištolja na svijetu koristeći strukture zasnovane na DNA-u, stvarajući obrazovni video koji je privukao milijune pregleda na internetu. Takvi projekti naglašavaju svestranost DNA origamija i njegov potencijal za uključivanje šire publike u znanstveno istraživanje. Kako polje napreduje, istraživači očekuju daljnja poboljšanja ORBIT metode, uključujući poboljšanja u stabilnosti i dugovječnosti fluorescentnih oznaka.

Buduće studije mogu se usredotočiti na primjenu tehnike na različite vrste enzima i staničnih okruženja, proširujući njegovu korisnost kako u temeljnim istraživanjima tako i u primijenjenim biomedicinskim kontekstima.