Полученные данные продвигают фундаментальное понимание повреждения ДНК ультрафиолетовыми лучами солнечного света. Это повреждение может привести к раку кожи, старению и некоторым дегенеративным заболеваниям глаз.«Наша статья расширяет фундаментальные знания о том, как ДНК реагирует на УФ-излучение. В наших экспериментах мы наблюдаем самые ранние события сразу после того, как ДНК возбуждается УФ-излучением.
Эти события определяют, повреждена ли ДНК», — сказал один из соавторов статьи. Авторы, Берн Колер, профессор кафедры химии и биохимии МГУ.ДНК построена как лестница и несет в себе генетические инструкции, уникальные для каждого человека.
Он очень вынослив и, как правило, способен противостоять ультрафиолетовым лучам, но ультрафиолетовые лучи иногда вызывают мутации. Воздействие ультрафиолета является основной причиной рака кожи, и хотя только в США ежегодно регистрируется около 5 миллионов случаев рака кожи и 9000 связанных смертей, цифры были бы намного хуже, если бы ДНК было легче повредить.«Ультрафиолет на самом деле очень вреден, но наша ДНК повреждена меньше, чем ожидалось», — сказал Колер. «На ранней стадии эволюции жизни на Земле, когда не было озонового слоя, количество ультрафиолетового излучения было бы намного выше, но все же жизнь и ДНК, занимающая центральное место в жизни, выжили. Мы пытались понять молекулярные механизмы которые заставляют ДНК сопротивляться ультрафиолетовому излучению ".
В статье, опубликованной 28 июля в онлайн-версии научного журнала "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS), Колер и его коллеги из МГУ, Юты и Италии описывают, как ДНК имеет сверхбыстрый способ избавиться от угроза ультрафиолета.
Ультрафиолетовый свет слишком быстро для глаза заставляет переноситься электроном от одного основания к другому на одной цепи ДНК. База — это наименьшая единица генетического кода, небольшая молекула, составляющая отдельную «ступеньку» на лестнице ДНК.
В солнечном элементе следующего поколения свет также переносит электроны, но исследователи наблюдают, что в ДНК перенесенный электрон возвращается в исходную точку за доли наносекунды. Возвратно-поступательное движение электрона объясняет, почему ДНК большую часть времени остается неповрежденной. В то же время исследователи отмечают, что перенесенный электрон можно использовать для восстановления повреждений таким образом, чтобы имитировать то, как определенные восстанавливающие белки устраняют УФ-повреждение.Открытие — последнее из 15-летних поисков Колера, чтобы понять, что происходит с ДНК, когда она поглощает ультрафиолетовый свет.
Новое открытие стало возможным благодаря «прекрасному» инфракрасному лазерному инструменту, созданному Юйюань (Том) Чжаном, экспертом в области сверхбыстрой спектроскопии, докторантом МГУ и первым автором статьи PNAS, сказал Колер.Чжан пришел в МГУ около двух лет назад, и его первой работой было создание инструмента, единственного в своем роде в Монтане и одного из немногих в мире. Инструмент испускает очень короткие импульсы ультрафиолетового света на образцы ДНК, а затем измеряет колебания, возникающие в ДНК в ответ.
Колебания настолько быстры, что Колер описывает их скорость в фемтосекундах, а не в наносекундах. Фемтосекунда — это одна миллионная наносекунды. Наносекунда — это одна миллиардная секунды.
По словам Колера, анализируя эти колебания, исследовательская группа смогла определить, что одно основание в одной цепи ДНК переносит электрон на соседнее основание на той же цепи при возбуждении УФ-светом (или излучением). Он добавил, что молекулы постоянно колеблются, а поглощение света приводит к еще большим колебаниям.
Удаление или добавление электрона вызывает изменение модели вибраций, и это то, что команда MSU измерила в лаборатории.Используемый ими прибор занимает большую часть помещения химико-биохимического факультета МГУ.
Он включает в себя черные ящики, зеркала, штабелированные бритвенные лезвия, крошечные пластиковые трубки и что-то похожее на аквариум, причем каждый компонент имеет свое предназначение и место на стальных оптических столах, которые их удерживают. Например, лезвия бритвы блокируют лазерные лучи. Зеркала направляют свет на «аквариум», в котором хранятся образцы ДНК. Воздух внутри резервуара суше, чем в любой пустыне, поэтому он не будет содержать водяного пара или углекислого газа, которые могут помешать экспериментам.
Чжан сказал, что на разработку инструмента у него ушло три месяца. Колер сказал, что инструмент имеет решающее значение для исследования ДНК, но тем не менее он доступен для студентов МГУ и тех, кто обучен его использованию.