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Un nuovo attrezzo della singolo-molecola per osservare gli enzimi sul lavoro

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Una squadra di scienziati all'università di Washington e l'azienda di biotecnologia Illumina hanno generato un attrezzo innovatore direttamente per rilevare le interazioni della singolo-molecola e fragili fra DNA e proteine enzimatiche.

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Il loro metodo fornisce una nuova piattaforma per osservare e registrare queste interazioni del nanoscale in tempo reale. Poichè segnalano il 28 settembre in biotecnologia della natura, questo attrezzo dovrebbe fornire la descrizione veloce e certa dell'uso cellulare delle proteine dei meccanismi differenti legare ai fili del DNA -- le informazioni che potrebbero fare la nuova luce sul atomico-regolano le interazioni all'interno delle nostre cellule e contribuiscono a progettare le nuove terapie farmacologiche contro gli agenti patogeni designando gli enzimi come bersaglio che interagiscono con DNA.

“Ci sono altri attrezzi della singolo-molecola intorno, ma il nostro nuovo strumento è molto più sensibile,„ ha detto il professor maggiore Jens Gundlach di fisica di UW e dell'autore. “Possiamo realmente prendere atomico-regoliamo i movimenti che una proteina comunica su DNA.„

Può accadere nel processo scientifico, hanno sviluppato questo attrezzo -- le pinzette del nanopore di picometer-risoluzione della singolo-molecola, o SPRNT -- mentre lavorando ad un progetto relativo.

La squadra di UW sta esplorando la tecnologia del nanopore per leggere rapidamente le sequenze del DNA. I nostri geni sono stirate lunghe delle molecole del DNA, che si compongono delle combinazioni quattro di DNA chimico “lettere.„ Nel loro metodo, Gundlach e la sua squadra misurano una corrente elettrica attraverso un poro biologico denominato MspA, che è incastonato all'interno di una membrana modificata delle cellule. Come il DNA attraversa un'apertura molto piccola nel poro -- un'apertura che è larga appena 0.00000012 centimetri, o 1/10,000th la larghezza dei capelli umani -- gli spostamenti della corrente basati sulla sequenza delle lettere del DNA. Usano questi cambiamenti nella corrente per arguire le sequenze del DNA.

Gundlach e la sua squadra, nel corso di nanopore studiante che ordina, hanno provato vari motori molecolari per spostare il DNA attraverso il poro. Hanno scoperto che la loro messa a punto sperimentale era abbastanza sensibile osservare i movimenti molto più piccoli della distanza fra le lettere adiacenti sul DNA. Poichè segnalano in loro carta, SPRNT è più di sette volte più sensibile delle tecniche attuali alle interazioni di misura fra DNA e proteine.

“Generalmente, la maggior parte delle tecniche attuali per esaminare i movimenti della singolo-molecola -- quali le pinzette ottiche -- abbia una risoluzione, nel migliore dei casi, di circa 300 picometers,„ ha detto Gundlach. “Con SPRNT, possiamo avere risoluzione dei 40 picometer.„

Per riferimento, 40 picometers sono di 0.000000004 centimetri, o di circa 0.0000000016 pollici.

“Abbiamo realizzato che possiamo rilevare le differenze minuscole nella posizione del DNA nel poro,„ ha detto il ricercatore postdoctoral Andrew Laszlo, un co-author di fisica di UW sulla carta. “Potremmo prendere le differenze in come le proteine stavano legando al DNA e stavano spostandolo attraverso il poro.„

Queste differenze rappresentano il ruolo unico giochi cellulari di ogni proteina mentre interagisce con DNA. Le cellule hanno proteine per copiare il DNA, DNA “colto„ per esprimere i geni e riparare il DNA quando è danneggiato. Ci sono proteine cellulari che svolgono il DNA, mentre altre legano strettamente insieme il DNA.

I biologi lungamente hanno riconosciuto che le proteine hanno strutture differenti per effettuare questi ruoli, ma il movimento fisico delle proteine mentre lavorano a DNA è stato difficile da rilevare direttamente.

“Quando avete il genere di risoluzione che SPRNT offre, potete cominciare selezionare a parte i punti di minuto introito di queste proteine,„ ha detto Laszlo.

Gundlach e la sua squadra indicano che SPRNT è abbastanza sensibile differenziarsi fra i meccanismi che due proteine cellulari usano per passare a DNA con l'apertura del nanopore. Una proteina, che copia normalmente il DNA, si muove lungo la lettera del DNA uno alla volta come esso guida il DNA attraverso il poro. La seconda proteina, che svolge normalmente il DNA, invece intraprende due azione lungo ogni lettera del DNA, che potrebbero prendere seguendo i cambiamenti minuscoli nella corrente, secondo l'allievo di laurea Jonathan Craig di fisica di UW e del co-author. Persino hanno scoperto che questi due punti coinvolgono i processi chimici sequenziali che la proteina usa per camminare lungo DNA.

“Potete realmente vedere i meccanismi di fondo e quello ha una tonnellata di implicazioni -- dalla comprensione come gli impianti di vita al disegno della droga,„ hanno detto Laszlo.

Gundlach crede che questo attrezzo possa aprire una nuova finestra per la comprensione come le proteine cellulari procedano il DNA, in grado di aiutare geneticamente le proteine dell'assistente tecnico per effettuare i lavori novelli. Questi particolari fini possono anche aiutare gli scienziati a capire come le mutazioni in proteine possono condurre alla malattia o trovare le proprietà della proteina che sarebbero obiettivi ideali per le terapie farmacologiche.

“Per esempio, il codice virale dei geni per le loro proprie proteine che procedano il loro DNA,„ ha detto Gundlach. “Se possiamo usare SPRNT per selezionare per le droghe che specificamente interrompono il funzionamento di queste proteine, può essere possibile interferire con i virus.„