Опитваме се да разберем колко малки биологични машини работят

С малко въображение ДНК много прилича на усукано въже: дълга, гъвкава нишка от усукани нишки. Можете да хващате, опъвате и въртите въже. Това е възможно и с ДНК верига, въпреки че тази верига е милиард пъти по-малка. Това е част от работата. Имате нужда и от малки пинсети за тази малка верига.

Такава деликатна работа е специалността на Nynke Dekker (1971), професор по молекулярна биофизика в Института за нанонауки Kavli в TU Delft. Тя изработва сама сложното оборудване за улавяне на отделни ДНК молекули. Ще го получите в края на май Холандска награда по физика, заради иновативния му метод за изследване в наноразмер. „Машинните инженери разбират големите машини“, казва Декър. Опитваме се да разберем как работят малките биологични машини. В биологията всичко е възможно, сега го открих.“

Какво Ви очарова в тази област?

„В началото на този век учените придобиват все по-голям контрол върху биологичните молекули и можете да правите все по-строги тестове. Мислех, че би било готино като физик да бъда част от това движение. Физиците бяха отделно нещо по това време, обсебени от изграждането на новите си инструменти.Но в крайна сметка се оказахме полезни и тогава отчасти се потопихме в биологията.

„Това е и това, което прави тази област толкова интересна, тя е толкова интердисциплинарна. В допълнение към хардуерните физици имаме нужда от биохимици, които да пречистват и характеризират протеини, и програмисти, за да анализират данни. По този начин един екип може да постигне това, което никой не може да постигне Нови разработки се появяват в тази област, като микроскопия със супер разделителна способност или нови методи за секвениране на ДНК.“

Тъй като това е толкова критичен биологичен процес, ние се интересуваме как работи в наномащаба

Молекулярната биофизика е върхът. Какво правите като молекулярен биофизик?

Всъщност две неща: ние проектираме инструменти, с които можем да разглеждаме отделни молекули. След това го използваме, за да научим какво правят тези молекули. Ние всъщност задаваме биологични въпроси, на които отговаряме от физическа гледна точка. Моят интерес е към репликацията на ДНК, транскрипцията на ДНК. Механизмът зад това е изследван известно време от биохимията: какви протеини са включени? От гледна точка на биофизиката, погледнете под капака. Как се движат всички тези протеини? „

Защо искате да знаете в подробности как работи ДНК клонирането?

„Ако протеиновият комплекс, който регулира репликацията на ДНК, не е сглобен или транспортиран правилно, тогава ДНК не се транскрибира правилно. Тогава имате проблем. Тъй като това е толкова критичен биологичен процес, ние се интересуваме как работи в наноразмер. Тъй като измерваме всеки отделен индивид, можем да получим картина на цялата транскрипционна машина в действие, с много висока резолюция.“

Как се прави това, измервания на отделни частици?

Измерваме броя на протеините, тяхната скорост и къде се движат. Това може да стане например като залепите светещи стикери върху белтъците си. С помощта на флуоресцентен микроскоп можете да проследите как се движат върху ДНК и да ги изобразите в наноразмер.

„Ние също така измерваме силите. Какъв ефект има формата на ДНК, тоест дължината или усукването, върху това как работи протеинът? Вземете например протеинов двигател, който се движи над ДНК. Той упражнява сила върху нишката. Ако също упражните сила в обратна посока върху ДНК, можете да измерите колко силен е този протеин. Ние правим това с помощта на магнитни пинсети, наред с други неща.“

Ние проектираме нашите инструменти според нашите собствени желания, така че да можем да измерваме точно това, което искаме да измерим

Декър тръгва към лабораторията, надолу по широко стълбище и през бели коридори. „Понякога се губя тук, защото не съм тук много. Прекарвам повече време в офиса си.“ Врата, водеща към стая без дневна светлина. Голяма стъклена кутия, заобиколена от завеса, стои върху здрава маса. Има подредба, която показва много прилики с микроскоп. Където обикновено е лещата, има магнит.

„Всъщност е много просто. Има ДНК върху плоча под тези магнити. Залепвате единия край на връвта към стъклената основа, а другия към магнитна бобина. Магнитите отгоре привличат тези сфери, което създава сила върху ДНК . Използвайки мотора, можем да движим магнита нагоре.“ И надолу и да се върти, което кара ДНК да се разтяга или върти. Това от своя страна засяга функционирането на протеините.“

Тази настройка изглежда е създадена от самите вас.

„Beats. Преди създавахме сами всички инструменти, сега бих изчислил 60 процента. Ние проектираме нашите инструменти според собствените си желания, така че да можем да измерим точно това, което искаме да измерим. В началото проектирането отне месеци магнитните пинсети. Сега това е по-скоро конструктор на Лего. Ще го построим.“ в рамките на няколко седмици.

Използваме го наскоро в нашите изследвания на вируси. Те се нуждаят само от един репликационен протеин, полимераза, което прави експериментите относително лесни. Изследвахме как вирусните инхибитори възпрепятстват такава полимераза на молекулярно ниво, което ни позволява да идентифицираме слабо място в механизма за репликация. Въз основа на това прозрение други учени биха могли да проектират инхибитори за намаляване на броя на вирусите.

Не съм инженер. Разберете как работи най-новата кафемашина

„Имаме седем от тези магнитни пинсети тук, но по ирония на съдбата не използваме нито една от тях в момента. Това е така, защото през последните години основно изучавахме клетъчната регенерация с клетъчното ядро. То не се състои от един протеин, а от най-малко петнадесет. Често се обърка. В тази настройка: С тази настройка не можете да знаете дали елементите са групирани правилно. Протеинът винаги може да се придържа към картината, така че опитът вече няма да работи за вас.

Ето защо сега работим повече с флуоресцентна микроскопия. Наскоро използвахме това, за да картографираме действието на спиралата: протеинов комплекс, който декомпресира ДНК, така че да може да бъде копирана. Нашата крайна цел е да разберем как работи компенсацията като цяло. Имате нужда от сложни техники за това. Ето защо скоро ще включим флуоресцентна микроскопия в магнитни пинсети.“

Смятате ли, че машините в „обикновен“ мащаб са толкова интересни, колкото и машините в наномащаб?

„Не, не съм инженер, който е разбрал как работи най-новата кафе машина. Винаги съм бил очарован от малките. Не мога да дам логична причина за това, но в този малък мащаб машината изглежда по- управляем.”