Врачам и криминалистам облегчили поиск ДНК

В быстром и удобном инструменте для обнаружения молекул ДНК заинтересованы медики, биотехнологи, экологи и криминалисты. Уникальный способ извлечения внеклеточной ДНК из огромных объемов растворов разработали российские ученые. Они решили совместить трековые мембраны, отличающиеся пористой структурой, и белок Dsup, защищающий ДНК тихоходок Ramazzottius varieornatus от радиации и окислительного стресса.

В разработанном гибридном материале белок выстилает поверхность пор и обволакивает проплывающие мимо молекулы, после чего остается только извлечь их и отправить на анализ. Эта схема работает даже при очень низких концентрациях ДНК, отметили в Объединенном институте ядерных исследований. А меняя диаметр пор в мембранах, можно дополнительно сортировать молекулы по размеру.

Dsup (от английского damage suppressor — «блокатор повреждений») — уникальный белок, найденный в организме тихоходки Ramazzottius varieornatus, одного из самых стрессоустойчивых животных на Земле. Он защищает ДНК тихоходки от повреждений в ходе воздействия экстремальных условий. Поэтому маленькая тихоходка вполне могла бы выходить в открытый космос без ущерба для своего здоровья. С помощью этого белка возможно существенно повысить устойчивость к физико-химическим стрессам и других организмов. 

Физики и инженеры из Центра прикладной физики Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ занимаются разработками новых модификаций и новых применений трековых мембран – уникального пористого материала, получаемого облучением полимерных пленок ускоренными на циклотроне тяжелыми ионами и последующей физико-химической обработкой. Размер пор трековых мембран можно варьировать от нескольких нанометров до десятков микрометров. От размера пор зависят те или иные функциональные возможности мембраны, однако еще одним важнейшим фактором являются свойства поверхности. В Центре разрабатываются разнообразные физико-химические методы целевой модификации поверхности трековых мембран.

Работая над проектом, ученые заметили, что белок Dsup способен эффективно обволакивать молекулу ДНК, независимо от последовательности нуклеотидов. Это означает, что Dsup притягивается к любому участку ДНК. При закреплении этого белка на поверхности мембраны он может извлекать молекулы ДНК из раствора, подобно тому как рыбак вылавливает рыбу. Пористая поверхность предоставляет два существенных преимущества. Во-первых, поры увеличивают общую площадь поверхности, что позволяет захватывать больше молекул ДНК. Во-вторых, размещение под мембраной с крупными порами последовательных слоев мембран с порами уменьшающихся размеров открывает принципиальную возможность разделять ДНК по размеру.

Оказалось, что новый гибридный материал способен извлекать и удерживать на своей поверхности и в порах ДНК из растворов с очень низкой концентрацией. Затем ДНК извлекается из пор и поверхности инновационного гибридного материала, готовая для дальнейшего анализа.

По словам генетиков, способность нового гибридного материала извлекать внеклеточную ДНК из огромных объемов растворов с микроскопическим содержанием нуклеиновых кислот открывает новые возможности. Процесс выделения ДНК из растворов стал проще, быстрее и дешевле. Примененный подход говорит о перспективности исследования экстремофильных организмов для создания новых материалов.

Работа ученых опубликована в журнале Biotechnology Progress.