Биология

Биологи разработали периодическую таблицу ядер клеток, открыв новые возможности в генной инженерии

Лайнуть/Поделиться

Международная группа биологов разработала новую систему классификации ядер клеток, что привело к открытию метода преобразования одного типа ядра клетки в другой.

Периодическая система химических элементов была создана более 150 лет назад Дмитрием Менделеевым, как система классификации элементов на основе возрастающего числа электронов в атоме. Команда биологов, создавшая новую «периодическую таблицу» для ядер клеток, использовала оригинальную таблицу Менделеева, а также свои знания о древе жизни в качестве вдохновения для своего собственного проекта.

Команда, опубликовавшая свои выводы в журнале Science, считает, что новая таблица и открытие могут привести к совершенно новому методу генной инженерии.

Системы классификации на основе хромосом

Работа над таблицей ядер клеток началась с ученых из консорциума под названием DNA Zoo, изучающих системы классификации хромосом, основанные на том, как они складываются, чтобы соответствовать ядрам различных видов животных.

«Независимо от того, смотрели ли мы на червей, ежей или кораллов, мы постоянно наблюдали одни и те же схемы складывания», – сказала Ольга Дудченко, соавтор нового исследования.

На этой иллюстрации показан зверинец паттернов хромосомных контактов в ядрах различных животных и растений.

Команда в конечном итоге поняла, что это просто видение вариантов двух общих ядерных конструкций: «у некоторых видов хромосомы организованы как страницы печатной газеты, с внешними полями с одной стороны и согнутой серединой с другой», – пояснила Дудченко. «А у других видов каждая хромосома скомкана в маленький шарик».

Работа с белком “конденсин II”

Пытаясь раскрыть механизм, лежащий в основе их открытия, и выяснить, возможно ли преобразовать один тип ядра в другой в лаборатории, команда из DNA Zoo объединилась с группой ученых из лаборатории Бенджамина Роуленда в Нидерландском институте рака (NCI).   

Команда NCI работала над экспериментами с белком, называемым, конденсин II, который участвует в делении клеток. Его мутирование привело к удивительному наблюдению:

«Когда мы мутируем этот белок в человеческих клетках, хромосомы полностью перестраиваются», – пояснила Клэр Хенкамп, соавтор исследования и член команды NCI. 

Преобразование человеческих клеток из одного ядерного типа в другой

Обе команды начали сотрудничать после того, как пришли к осознанию того, что открытие Хенкамп, по сути, предоставило метод преобразования человеческих клеток из одного ядерного типа в другой.

«Когда мы посмотрели на геномы, изучаемые в DNA Zoo, мы обнаружили, что эволюция уже проводила наш эксперимент много-много раз! Когда мутации в каком-либо виде разрушают конденсин II, они обычно меняют всю архитектуру ядра», – сказал Бенджамин Роуленд, старший автор исследования. 

Из-за пандемии команды не выходили из дома, поэтому обратились к искусственному интеллекту, чтобы проверить свои выводы. Они разработали имитационные модели, которые показали, что,  разрушая конденсин II, человеческое ядро ​​может быть реорганизовано в ядро ​​другого вида, например, мухи. 

«Мы начали с невероятно широкого обзора двух миллиардов лет ядерной эволюции», – сказал соавтор Сумитабха Брахмачари. «И мы обнаружили, что все сводится к одному простому механизму, который мы можем смоделировать, а также повторить самостоятельно в пробирке».

Редакция

Недавние публикации

Предсказательная сила эволюционной биологии

Кратко: Эволюционная биология демонстрирует свою предсказательную мощь на примере голого землекопа. В 1974 году Ричард… Читать далее

07/06/2024

Объем головки полового члена связан с преждевременной эякуляцией

Пожизненная(врожденная) преждевременная эякуляция чаще встречается у людей с большим объемом головки полового члена. Таковы результаты… Читать далее

24/05/2024

Прием пробиотиков влияет на принятие социальных решений

Бактерии в кишечнике влияют на чувство справедливости. Исследование, опубликованное в журнале PNAS Nexus в этом… Читать далее

18/05/2024

Ярлык героя приводит к эксплуатации медсестер, учителей и военных

Новое исследование, опубликованное в Journal of Personality and Social Psychology, предполагает, что героизация таких групп… Читать далее

03/05/2024

Фундаментальное открытие: Свет может испарять воду без тепла.

Удивительный «фотомолекулярный эффект», обнаруженный исследователями Массачусетского технологического института, может повлиять на расчеты изменения климата и… Читать далее

26/04/2024

Моргание не только увлажняет глаза, но и помогает лучше видеть

Моргание, на которое мы тратим от 3 до 8 процентов времени бодрствования, помогает обрабатывать визуальную… Читать далее

17/04/2024