Генетики узнали, как формируются новые структуры ДНК 

Полифосфаты — это цепочки фосфатных соединений, встречающиеся во всех живых организмах, от бактерий и грибов до растений и человека. Эти древние молекулярные «универсалы» участвуют в регуляции множества клеточных процессов, включая свертывание крови у человека и реакцию на стресс у бактерий. Чаще всего их находят рядом с хроматином (составляет основу хромосом), однако связь этих простых по строению неорганических полимеров с ДНК долго оставалась загадкой.  

В бактериальных клетках полифосфаты могут формировать особые конденсаты (безмембранные капли) в области нуклеоида, то есть там, где хранится генетический материал. Такие клетки обычно обогащены ионами магния. Именно они, как выяснили авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, играют ключевую роль в соединении полифосфатов и ДНК при образовании новых структур. 

Команда ученых под руководством Лизы Рэки (Lisa Racki) и Ашока Дениза (Ashok Deniz) наблюдала этот эффект, применив методы флуоресцентной микроскопии (молекулы полифосфатов и ДНК отмечали красителями) и электронной криотомографии (чтобы детально рассмотреть структуру). Подход позволил зафиксировать, как именно нити ДНК прилегают к поверхности полифосфатных конденсатов.

Результаты показали, что в присутствии ионов магния длинные цепочки полифосфатов самопроизвольно собирались в капли, однако оболочка формировалась только при определенных концентрациях: при слишком низком или высоком содержании ионов магния процесс прерывался. Значит, изменить «поведение» ДНК и размер полифосфатных конденсатов могли даже небольшие концентрации ионов магния. Длинные цепочки ДНК при этом уменьшали размер капель, предотвращая их слияние. 

Открытие позволяет по-новому взглянуть на роль полифосфатов в компоновке ДНК, поскольку от их присутствия может меняться форма и функция хроматина. Ученые отметили, что описанный ими механизм, вероятно, широко распространен и не ограничивается бактериальными клетками: магний и ДНК встречаются повсеместно. Впрочем, как и полифосфаты.

Так как полифосфатные конденсаты — подходящий вариант наноконтейнеров для упаковки лекарственных веществ, результаты научной работы найдут применение в биоинженерии, а понимание того, что оболочка из ДНК влияет на их форму и поведение, позволит лучше управлять структурой подобных комплексов. 

Чтобы выяснить, применим ли этот универсальный механизм к ряду других молекулярных взаимодействий в клетках, ученые намерены провести дальнейшие эксперименты, в которых к ДНК и полифосфатам добавят разные белки и другие компоненты. Поскольку такие простые полимеры, как полифосфаты, в присутствии магния и ДНК образуют структуры, влияющие на конфигурацию генетического материала и клеточные функции, результаты будущих исследований, вероятно, будут впечатляющими.