научная статья по теме ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ: ПОЛУЧЕНИЕ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ, ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Биология

Текст научной статьи на тему «ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ: ПОЛУЧЕНИЕ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ, ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ»

распределению светящихся точек прибор-анализатор определяет ключевые характеристики исследуемого молекулярного образца.

Технология биочипов, разработанная в ИМБ РАН, успешно применяется в 29 медицинских и научных учреждениях России и за рубежом. Важным достижением стало внедрение этой новейшей технологии в ведущих медицинских учреждениях России (Центральный институт туберкулеза в Москве, Государственный научный центр "Вектор" в Новосибирске, занимающийся проблемами особо опасных инфекций - оспы, чумы, сибирской язвы, а также туберкулеза). Технология биочипов защищена 15 российскими и 14 международными патентами.

Использование технологии биочипов позволяет решать следующие задачи:

- проведение экспресс-диагностики туберкулеза с одновременным выявлением лекарственно-устойчивых форм, которые требуют специализированной терапии (время анализа - 3 ч вместо одного месяца). Ведется сертификация этого метода в Минздраве РФ. Определение лекарственной устойчивости возбудителя туберкулеза позволяет существенно ускорить и удешевить лечение;

- раннее выявление лейкоза у детей, что позволяет выработать оптимальную стратегию лечения;

- быстрое обнаружение в образце возбудителей оспы, сибирской язвы и чумы, которые могут применяться в качестве биологического оружия;

- раннее выявление вируса ВИЧ, возбудителя СПИДа (в 30 раз быстрее, по сравнению с иммунологическим методом);

- анализ банков донорской крови, позволяющий установить наличие в них возбудителей различных заболеваний и предотвратить переливание такой крови;

- обнаружение в плазме крови онкомаркеров к шести типам онкологических заболеваний;

- выявление индивидуальной непереносимости некоторых видов противоопухолевой терапии.

Разрабатываются разные варианты гелевых биочипов, которые могут применяться в качестве эффективных инструментов при исследовании фундаментальных закономерностей, определяющих специфичность взаимодействий ДНК-ДНК, ДНК-белок, белок-белок, белок-клетка, а также при изучении молекулярных механизмов действия различных низкомолекулярных соединений.

Все сказанное позволяет рассматривать технологию биочипов как чрезвычайно перспективную, а сам биочип как универсальный инструмент исследований и диагностики 21 века.

При ИМБ РАН создано малое инновационное предприятие Биочип-ИМБ, которое развивает промышленное производство биочипов и приборов для их анализа. Для предоставления возможностей использования оригинальной отечественной технологии биочипов широкому кругу ученых и работников медицинских организаций в ИМБ РАН организован Центр коллективного пользования технологией биологических микрочипов.

ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ: ПОЛУЧЕНИЕ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ, ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Ю. М. Евдокимов

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгелъгардта Российской академии наук

e-mail: yevdokim@eimb.ru

Существование жидкокристаллических форм двухцепочечных молекул ДНК и множественность характера упаковок этих молекул не вызывает сомнений. В результате работ российских и зарубежных ученых разработаны два подхода к получению жидкокристаллических фаз и дисперсий ДНК. 1) Фазовое исключение нативных, высокомолекулярных ДНК (мол. масса выше 20 х 106 Да). Если концентрация ДНК в растворе близка к 0.1 мкг/мл, то фазовое исключение приводит к образованию единичных частиц ДНК, имеющих форму торов ("бубликов"), напоминающих частицы ДНК, наблюдаемые при "раскрытии" головок некоторых бактериофагов в щадящих условиях. 2) Фазовое

исключение нативных, низкомолекулярных ДНК (мол. масса ниже 1 х106 Да). Концентрирование водно-солевых растворов ДНК в результате испарения приводит к последовательному образованию нескольких типов жидкокристаллических фаз. Фазовое исключение ДНК из водно-полимерных растворов приводит к образованию жидкокристаллических дисперсий (ЖКД). В 1999 г. впервые проведены прямые измерения диаметра частиц холестерической ЖКД и показано, что эта величина близка к 5 х 103 А. Упаковка молекул ДНК в частицах холестерической ЖКД рассматривается в качестве модели, отражающей упаков-

ку молекулы ДНК в хромосомах простейших организмов.

Важный вопрос - биологическая активность конденсированных форм ДНК. Показано, что условия проведения биологических реакций таковы, что при этих условиях молекулы ДНК должны находится в холестерическом жидкокристаллическом состоянии. Жидкокристаллическая форма ДНК рассматривается в качестве биологически активной.

Можно выделить следующие направления практического использования частиц ЖКД. Во-первых, в связи с тем, что локальная концентрация ДНК в частицах ЖКД достигает 100 мг/мл и более, частицы можно использовать в качестве носителя не только ДНК, но и некоторых биологически активных соединений. Во-вторых, пользуясь "молекулярным конструированием", можно создавать трехмерные наноструктуры с регу-

лируемыми свойствами. Такие структуры могут найти применение в нанобиотехнологии в качестве чувствительных элементов (биодатчиков), меняющих свои свойства в ответ на изменение свойств окружающей среды.

Евдокимов Ю.М. 2003. Жидкокристаллические формы ДНК и их биологическая роль. Жидкие кристаллы и их практическое использование. 3, 10-47.

Yevdokimov Yu.M., Salyanov V.I. 2003. Liquid crystalline dispersions of complexes formed by chitosan with double-stranded nucleic acid. Liq. Crystals. 30, 1057-1074.

Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Нечипурен-ко Ю.Д., Скуридин С.Г., Захаров М.А., Спенер Ф., Палумбо М. 2003. Молекулярные конструкции (суперструктуры) с регулируемыми свойствами на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот. Мо-лекуляр. биология. 37, 340-355.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Н. Б. Рубцов

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск

e-mail: rubt@bionet.nsc.ru

Выявление принципа сегментной организации генома и детальный анализ морфологической организации хромосом млекопитающих определил необходимость пересмотра ряда устоявшихся положений пространственной и структурно-функциональной организации метафазных и интерфазных хромосом у представителей этого класса.

Цикл работ, выполненных в лаборатории морфологии и функции клеточных структур ИЦиГ СО РАН, посвящен разработке новых методов визуализации индивидуальных хромосомных районов как в составе метафазных хромосом, так и в интерфазных ядрах и анализу распределения различных типов ДНК в хромосомных территориях интерфазного ядра и в метафазных хромосомах. Он позволил выявить ряд закономерностей расположения функционально активных участков индивидуальных хромосом, а также хромосомных районов, содержащих транскрипционно неактивные гены. В ходе проведенных исследований был создан большой набор регион-специфичных ДНК-проб, в дальнейшем успешно использованных для изучения структурно-функциональной организации хромосом и ее реорганизации при прохождении клеткой разных стадий митоза.

Изучение реализации сегментной организации генома млекопитающих при формировании мета-фазной хромосомы с использованием методов многоцветной in situ гибридизации и микромани-пуляционного растяжения хромосом, позволили предложить новую гипотезу формирования G-, R-

и Т-районов в хромосомах млекопитающих. Рассмотрен вопрос о механизмах, определяющих локализацию Т-бэндов в метафазных хромосомах и расположение их материала в интерфазном ядре. На основании сформулированных положений о пространственной организации хромосом и хромосомных территорий сделан ряд предсказаний о существовании ряда ранее неизвестных закономерностей реорганизации хромосом при возникновении врожденных хромосомных аномалий, хромосомных перестроек при онкологических заболеваниях, а также в процессе эволюционных преобразований. Проведенный анализ локализации точек разрывов и воссоединений хромосом, характерных для острых лейкозов различной этиологии, подтвердил эти предположения. Анализ реорганизации хромосом близкородственных видов, выполненный с помощью метода многоцветной флуоресцентной in situ гибридизации -многоцветного бэндинга хромосом - позволил выявить значительное число инверсий в считавшихся ранее консервативными хромосомных районах.

Рассмотрены перспективные направления развития исследований структурно-функциональной организации хромосом с целью выяснения механизмов реализации специфической пространственной организации хромосомных районов как нового уровня управления активностью крупных генных комплексов и возможности создания новых подходов к оценке реорганизации хромосом при онкологических заболеваниях.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком