Replicarea ADN-ului în cea mai detaliată înregistrare video de până acum

În iunie 2017, cercetătorii au înregistrat, pentru prima dată, replicarea unei singure molecule de ADN și informaţiile obţinute cu această ocazie ridică noi întrebări privind modul cum se presupune că are loc acest proces.

Înregistrările în timp real au relevat faptul că acest proces fundamental al vieții se desfăşoară mai aleator decât s-au aşteptat specialiştii, ceea ce ar putea impune o regândire majoră a modalității prin care replicarea ADN-ului se produce fără mutații genetice.

„Aceasta este o schimbare reală de paradigmă, care contrazice o mare parte din informaţiile prezentate în manuale. Practic, aceasta impune o regândire a replicării ADN-ului şi ridică noi semne de întrebare”, a declarat cercetătorul Stephen Kowalczykowski de la University of California, Davis.

Replicarea ADN-ului. Credit: James Graham/UC Davis

Elicea dublă de ADN constă din două catene intercalate de material genetic formate din patru baze azotate diferite: guanină, timină, citozină și adenină (G, T, C și A).

Replicarea se produce atunci când o enzimă, denumită helicază, desface cele două catene ale moleculei de ADN în două catene singulare.

O altă enzimă, denumită primază, servește drept amorsă (în engleză „primer”) pentru sinteza ADN-ului dublu catenar în timpul replicării ADN, ataşând un „primer” fiecărei catene.

O altă enzimă, denumită ADN polimerază, se atașează ulterior la această amorsă și adaugă bazele adiționale pentru a forma o nouă elice dublă de ADN prin asamblarea nucleotidelor.

Puteți urmări replicarea ADN-ului în secvența video de mai jos, care a fost obţinută de cercetători în anul 2017:

Elicea dublă de ADN este formată din două catene orientate în direcţii opuse, astfel încât una dintre acestea este cunoscută drept catena conducătoare (în engleză „leading strand”), iar cealaltă catenă este cunoscută drept catena întârziată (în engleză „lagging strand”) care urmează catenei conducătoare.

Noul material genetic, care este atașat fiecărei catene în timpul procesului de replicare, se potriveşte exact cu cel original.

Pe măsură ce catena conducătoare se separă, enzimele adaugă baze care sunt identice cu cele de pe catena întârziată originală, iar atunci când se separă catena întârziată se obține un material genetic identic cu cel de pe catena conducătoare originală.

Oamenii de știință au presupus că enzimele ADN polimerază din catena conducătoare şi cea întârziată se sincronizează, într-un anumit fel, pe parcursul procesului de replicare, astfel încât să nu se producă mutații genetice.

Cu toate acestea, din înregistrarea video a procesului de replicare rezultă că nu există nicio coordonare, fiecare catenă acţionând independent de cealaltă. Cu toate acestea, rezultatul este o potrivire perfectă între acestea de fiecare dată.

Cercetătorii au extras molecule de ADN dintr-o bacterie E.coli pe care le-au observat pe un diapozitiv din sticlă. Ulterior au aplicat un colorant care se ataşează pe o spirală dublă finalizată, dar nu şi pe o catenă singulară, ceea ce înseamnă că cercetătorii au putut urmări cum se formează două spirale duble dintr-o singură spirală dublă de ADN.

Chiar dacă ADN-ul bacterian și ADN-ul uman sunt diferite, acelaşi proces de replicare se desfăşoară în ambele molecule. Acest lucru înseamnă că imaginile surprinse de cercetători pot dezvălui informaţii importante despre ceea ce se întâmplă în corpurile noastre.

Astfel, cercetătorii au constatat că, în medie, viteza replicării celor două catene a fost aproximativ egală. Cu toate acestea, pe tot parcursul acestui proces s-au înregistrat variaţii în timp ale unor faze ale procesului de replicare între cele două catene, ceea ce sugerează că acestea au acționat ca două entități diferite separate în timp.

Uneori, catena întârziată a încetat să mai fie sintetizată, în timp ce catena conducătoare a continuat să se mărească. Alteori, viteza de replicare a unei catene s-a mărit de aproximativ 10 ori și aparent fără niciun motiv.

„Am arătat că nu există nicio coordonare între catene. Ele sunt complet autonome”, a declarat Kowalczykowski.

Dacă aceste două componente funcționează independent, aşa cum sugerează acest studiu, cum „ştie” elicea dublă de ADN să mărească sau să reducă viteza de replicare, la momentul potrivit, pentru o potrivire corectă a celor două catene?

Să sperăm că mai multe secvenţe video ale replicării ADN-ului, precum cea de mai sus, îi vor ajuta pe oamenii de ştiinţă să înţeleagă acest lucru.

Cercetarea a fost publicată în Cell.

Sursă: Science Alert