Zobaczyć rozwijanie się DNA w czasie rzeczywistym
DNA dwuniciowe (dsDNA), tworzące genom, składa się z sekwencji odpowiadających konkretnym genom, jak i sekwencji nonsensownych. Naukowcy wiedzą już, gdzie zaczyna i kończy się każdy z genów. Wciąż jednak pozostaje wiele do zrobienia, aby zrealizować inne, równie ambitne zadanie polegające na pełnym opisaniu sposobów wytwarzania białek, możliwości modulowania poszczególnych etapów tego procesu oraz, oczywiście, roli odgrywanej przez białka w schorzeniach, jak i dobrym stanie zdrowia. W komórkach zachodzi dwuetapowy proces transkrypcji i translacji, pozwalający im "odczytywać" sekwencję DNA genu, a następnie przekładać ją na wytwarzanie danego białka. Transkrypcja obejmuje separację dsDNA w jądrze komórki. Inicjacja tego procesu wymaga polimerazy kwasu rybonukleinowego (RNA), będącej czymś w rodzaju cząsteczki "otwierającej". Finansowany ze środków UE zespół naukowców biorących udział w ambitnym projekcie "Obrazowanie wstępnej transkrypcji na poziomie pojedynczej cząsteczki" (SM-Transcription) starał się połączyć nowoczesne technologie obrazowania spektroskopicznego z techniką "linijki" spektroskopowej, aby zwizualizować bardzo małe zmiany zachodzące w kompleksach DNA i sygnalizujące rozpoczęcie transkrypcji. Organizmem modelowym w badaniu była bakteria Escherichia coli (E. coli). Mimo że wiele procesów biologicznych opiera się na podobnym "otwieraniu" lub "zamykaniu" drobnych elementów dsDNA, naukowcy mają obecnie do dyspozycji bardzo niewiele technik umożliwiających analizowanie tego procesu w czasie rzeczywistym i na poziomie pojedynczej cząsteczki. Uczestnicy projektu SM-Transcription opracowali zmodyfikowaną technologię rezonansowego przeniesienia energii w mechanizmie Förstera (FRET) pozwalającą obserwować fragment DNA i określić, czy jest on jedno- czy dwuniciowy. Zmodyfikowana metoda FRET (quFRET) wykorzystuje dwie cząsteczki fluorescencyjne, po jednej na każdej z nici DNA, które wykazują osłabienie sygnału fluorescencyjnego w momencie kontaktu. Przy pomocy techniki quFRET naukowcy określili moment nieudanej inicjacji dokonywanej przez bakteryjną polimerazę RNA i wyjaśnili sposób działania dwóch potencjalnych inhibitorów transkrypcji. Ponadto, opisali szereg mechanizmów i zmian konformacyjnych związanych z polimerazą RNA w E. coli oraz zgromadzili doświadczalne dane dotyczące takich zmian w zakresie milisekundowym dzięki zastosowaniu linijek FRET. Znaczenia nowej technologii stworzonej przez uczestników projektu SM-Transcription nie sposób przecenić. Kompletna analiza całego genomu ludzkiego i procesu transkrypcji każdego z białek to dopiero początek.
