Международная команда исследователей из Сколковского института науки и технологий (Сколтех), Потсдамского университета и Массачусетского технологического института, в числе которых Кирилл Половников, обнаружила фундаментальный физический закон, лежащий в основе, казалось бы, хаотичного перемещения хромосом в клетках организма. Такой прорыв открыл новую страницу в понимании того, как устроена жизнь на клеточном уровне.
Преодоление давней научной загадки
Долгое время ученые были озадачены противоречием между результатами геномных исследований и живыми наблюдениями. По результатам лабораторных анализов, хромосомы внутри клетки находятся в структуре, напоминающей плотный фрактальный клубок. Такая форма должна ограничивать движения отдельных участков ДНК. Но при изучении живых клеток специалисты замечали, что отдельные сегменты хромосом подвижны и ведут себя довольно активно, несмотря на «запутанность» общей структуры. Объединить эти, казалось бы, несовместимые факты долгое время не удавалось.
Чтобы разрешить этот парадокс, группа ученых предложила новый подход — они разрабатывали физическую модель, которая анализирует не отдельные нити ДНК, а движение целых сегментов. Благодаря этому удалось сформулировать универсальный закон: активность гена обратно пропорциональна его длине. Это сильно отличается от устоявшихся представлений и указывает на универсальность принципа как для пассивного, так и для динамически активного состояния клетки. Такой взгляд позволил переосмыслить ранее существовавшие представления о внутриклеточной динамике.
Универсальный закон и его экспериментальное подтверждение
Согласно результатам исследования, динамика хромосом происходит медленнее, чем предполагалось ранее. Характеристики движения подчиняются точному физическому показателю — 0.77, что идеально совпадает с моделью фрактального полимера, в котором нити вынужденно ограничены и не могут пересекаться. Таким образом, подтвердилось, что хромосома действительно формирует плотно упакованный клубок, но в то же время отдельные ее участки способны перемещаться, пока не встретят топологические препятствия внутри собственного «клубка».
Еще одним важным открытием стало то, что разработанная модель предсказывает возникновение отдалённых корреляций между разными сегментами хромосомы — особенно при изменении клеточных условий, например, перед началом процесса деления клетки. Результаты компьютерного моделирования подтвердили достоверность этих предсказаний, что стало важным шагом для современных клеточных биотехнологий.
Новые возможности для изучения генома
Как отмечает Кирилл Половников, теперь научное сообщество получило в руки простой, но эффективный инструмент: отслеживая всего две точки на определённом участке хромосомы, исследователи могут судить о механике коллективного движения и даже 3D-структуре генетического материала. Это открывает уникальные возможности для глубокого анализа организации генома, что в перспективе способно привести к созданию новых подходов в медицинской диагностике и терапии.
Открытие универсального закона, регулирующего внутриклеточные процессы, стало еще одним доказательством того, что фундаментальные физические закономерности действуют на всех уровнях организации жизни, в том числе и внутри молекулы ДНК.
Позитивный вклад в будущее науки
Исследование команды из Сколтеха, Потсдамского университета и Массачусетского технологического института открывает перед учеными по всему миру двери к более глубокому пониманию сложных биологических процессов. Появляется шанс не только повысить точность изучения структуры генома, но и разработать инновационные методы лечения заболеваний, связанных с нарушениями хромосомной динамики.
Ожидается, что разработанные методы найдут применение как в фундаментальной науке, так и в биомедицинских технологиях, помогая создавать новые алгоритмы работы с генетическим материалом и предлагая более точные способы профилактики и терапии различных заболеваний. Открытие универсального принципа движения хромосом — это шаг к более эффективному управлению биологическими процессами на молекулярном уровне и уверенный вклад в развитие мировой науки.
Источник: www.gazeta.ru
