Naukowcy rozpracowują ochronę DNA przed światłem UV
Oddziaływanie światła słonecznego na naszą skórę często prowadzi do tego, że ludzie mają poczucie zdrowia i pogody ducha, ale choć opalenizna bywa pożądanym skutkiem ubocznym to może również być przyczynkiem do wyniszczających procesów, które prowadzą do poważnych schorzeń takich jak rak skóry. Naukowcom z Austrii udało się odkryć tajemnicę mechanizmów ochronnych, które umożliwiają DNA (kwasowi dezoksyrybonukleinowemu) autoochronę przed ekspozycją na światło UV (ultrafioletowe) emitowane przez Słońce. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Naukowcy, pracujący pod kierunkiem Hansa Lischka, profesora z Instytutu Chemii Teoretycznej Uniwersytetu Wiedeńskiego w Austrii, postanowili rozszyfrować ultraszybkie procesy fotostabilności nukleozasad, bez których DNA i RNA (kwas rybonukleinowy) podlegałyby szybkiej degradacji pod wpływem promieni UV. Stwierdzili, że badany proces jest "prosty, choć wysoce złożony", dodając że "kiedy tylko światło UV wzbudzi elektrony do wyższych poziomów energii, ultraszybki rozpad przywraca je do pierwotnego stanu". Ich zdaniem "W ten sposób energia elektronowa jest przekształcana na ciepło". Choć proces jest złożony - jak wyjaśnia zespół profesora Lischki - "zachodzi w niewiarygodnie krótkim czasie, w ciągu jednej kwadrylionowej sekundy". Profesor Lischka, wraz ze swoim kolegą Mario Barbatti, obecnie członkiem Instytutu Badań Węgla im. Maxa Plancka w Niemczech, oraz ekspertami z Czeskiej Akademii Nauk w Pradze, stworzył barwny i dynamiczny obraz fotostabilności nukleozasad za pomocą innowacyjnych technik symulacji komputerowej. Naukowcy pokazali, w jaki sposób komponenty DNA - nukleotydy odpowiedzialne w DNA i RNA za tworzenie się par zasad - chronią się przed rozpadem wywoływanym napromienianiem UV. Stwierdzili, że zasadnicza innowacja w ich badaniach polegała na "szczegółowym obliczeniu sprzężenia między dynamiką elektronową a dynamiką jąder atomowych". Udało im się to osiągnąć za pomocą unikalnych na skalę światową kwantowych metod chemicznych opracowanych przez Instytut Chemii Teoretycznej. "Obliczone stany ruchu nukleozasad pokazują dosyć niezwykłe zachowanie dynamiczne w czasie liczonym w skali kilku rzędów wielkości" - zauważa zespół. Naukowcy wyjaśniają, że te rzędy wielkości mieszczą się w zakresie "od piko/trylionowej do femto/kwadrylionowej części sekundy". "Wysiłek obliczeniowy tych badań był olbrzymi", stąd wyniki można było osiągnąć tylko dzięki intensywnemu wykorzystaniu połączonych zasobów komputerowych akademickich instytucji w Wiedniu. Naukowcy stwierdzili, że nowo opracowane metody mogą zostać wykorzystane do wyjaśnienia dynamiki nukleozasad DNA oraz do badań procesów fotofizycznych samego DNA, jak również w dziedzinie fotowoltaiki, która jest technologią budzącą duże zainteresowanie. "Nowa metoda umożliwia lepsze poznanie podstawowych procesów transportu elektronowej energii wzbudzenia i rozdzielenia ładunków do wytwarzania elektryczności" - podsumowują naukowcy.
Kraje
Austria, Czechy, Niemcy