Всем известно, что длинные отрезки пряжи, зарядные кабели и тому подобное имеют тенденцию быстро запутываться и образовывать неприятные узлы. Мало что известно о структуре нашего генетического материала, хромосом, которые также состоят из длинных нитей, которые, согласно нашему опыту, должны, вероятно, завязываться. Однако экспериментально изучить это до сих пор не удалось.
Исследователи из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (JGU) в Германии обнаружили, что хромосомы действительно могут быть завязаны узлами.«Мы использовали математические алгоритмы для изучения трехмерных полимерных моделей хромосом, которые коллеги из Кембриджского университета создали на основе экспериментальных данных», - сообщил доктор Питер Вирнау из Института физики JGU. «Раньше было невозможно определить, действительно ли хромосомы завязаны узлами, потому что недостаточно знаний об их точной трехмерной структуре. Но, используя модели хромосом, опубликованные специалистами из Кембриджа, мы обнаружили, что они запутаны».
Для своих расчетов физики из Майнца использовали 3D-модели хромосом, которые были опубликованы весной 2017 года. Команда Майнца расширила эти модели с обоих концов, а затем соединила их вместе, так как можно исследовать только замкнутые кольца. к математическому анализу, чтобы увидеть, содержат ли они узлы. «Только представьте, что вы захватываете оба конца хромосомы и стягиваете их вместе», - объяснил Вирнау. Затем исследователи использовали специальные математические алгоритмы для изучения расширенной модели.
Исследовательская группа из Университета Майнца предполагает, что, хотя запутывания между хромосомами должны быть удалены для прогрессирования клеточного цикла, те, что находятся внутри хромосомы, могут не влиять на функцию и передачу генетической информации. Есть также определенные белковые нити со сложными узлами, что эксперты в прошлом сочли бы удивительным. И даже ДНК вирусов, поражающих бактерии, так называемых бактериофагов, завязана узлами. В то время как узлы в этих особых белках, по-видимому, всегда образуются в одном и том же месте, в случае вирусов они появляются случайным образом. Доктор Питер Вирнау предполагает, что то же самое может быть верно и для хромосом.
Команда из Майнца пока не может сказать, являются ли их результаты артефактом простоты полимерных моделей, используемых для представления структур хромосом, или же они действительно указывают на реальную форму хромосом. Тем не менее расчеты, проведенные в Кембридже и Майнце, позволяют предположить, что хромосомы могут быть завязаны узлами.