«Η βλάβη στο DNA μας ενεργοποιεί μόρια που το επισκευάζουν γρήγορα, ιδανικά πριν το κύτταρο διαιρεθεί και εξαπλωθεί η ζημιά», εξηγεί ο Koen Martens από το Ινστιτούτο Μικροβιολογίας και Βιοτεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο της Βόννης. Ωστόσο, κανείς δεν γνωρίζει ακριβώς πόσο γρήγορα λειτουργεί αυτή η λειτουργία κυτταρικής επιδιόρθωσης, κάτι που ο Martens θέλει τώρα να ανακαλύψει.

Προκλήσεις στην παρακολούθηση της επιδιόρθωσης DNA
Ωστόσο, αυτό είναι πιο εύκολο να ειπωθεί παρά να γίνει, καθώς οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα δεν είναι αρκετά ισχυρές για την ακριβή παρακολούθηση μεμονωμένων μορίων. «Η παρακολούθηση ενός σωματιδίου περιλαμβάνει τη σήμανση του μορίου με φθορίζον φως, μετατρέποντάς το σε ένα είδος λαμπτήρα», εξηγεί ο Koen Martens. «Στη συνέχεια τραβάμε εκατοντάδες φωτογραφίες το δευτερόλεπτο χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο υψηλής ανάλυσης. Η «λάμπα» μας φωτίζει το μόριο στο σκοτάδι του κυττάρου, επιτρέποντάς μας να το παρατηρούμε και να παρακολουθούμε την κίνησή του με την πάροδο του χρόνου. Αυτό μας δίνει τη δυνατότητα να μετρήσουμε τη διάχυσή του και πώς αλληλεπιδρά με άλλα κυτταρικά συστατικά».

Εξετάζοντας τα κενά μεταξύ των μορίων και τις αποστάσεις που διανύει ένα μόνο μόριο από τη μια φωτογραφία στην άλλη, οι ερευνητές μπορούν να πουν εάν τα σωματίδια κινούνται ελεύθερα μέσα στο κύτταρο ή αλληλεπιδρούν με άλλα μόρια. Όσον αφορά την επιδιόρθωση του DNA, αυτό δείχνει πότε τα ένζυμα εκτελούν το έργο επισκευής τους —δηλαδή όταν αλληλεπιδρούν με το DNA—και πότε είναι «αδρανείς», δηλαδή διαχέονται ελεύθερα μέσα στο κύτταρο.

Ωστόσο, η μέθοδος έχει ένα μειονέκτημα: «Είναι δύσκολο να παρακολουθείς πολλά μόρια ταυτόχρονα», εξηγεί ο Martens. «Όταν οι δρόμοι τους διασταυρώνονται ή είναι πολύ κοντά μεταξύ τους, στην πραγματικότητα, δύο λαμπτήρες συγχωνεύονται. Τότε είναι αδύνατο να αναγνωρίσουμε τις κινήσεις τους».

Ως εκ τούτου, μέχρι τώρα, οι μικροβιολόγοι έπρεπε να μελετούν τα μόρια το ένα μετά το άλλο σε μια διαδικασία που είναι πολύ χρονοβόρα για να παρατηρήσουν τα μόρια που επιδιορθώνουν το DNA «σε λειτουργία». Στην πραγματικότητα, η παρακολούθηση μεμονωμένων σωματιδίων διαρκεί περισσότερο από την ίδια τη διαδικασία επισκευής.

Πρόοδος στη Μοριακή Έρευνα
Για να λύσει το πρόβλημα, ο Koen Martens δημιούργησε ένα λογισμικό για να επιταχύνει τη διαδικασία υψηλής απόδοσης. Το TARDIS (συντομογραφία για τη «χρονική ανάλυση σχετικών αποστάσεων») εκτελεί μια ανάλυση όλων προς όλους των αποστάσεων μεταξύ των τοποθεσιών, δηλαδή των θέσεων του μορίου στις μεμονωμένες φωτογραφίες, με αυξανόμενες χρονικές υστερήσεις. Αντί να εστιάζει σε μεμονωμένα σημεία όπως πριν, εξετάζει ολόκληρη τη σειρά των κινήσεων μέσα στο κύτταρο και έτσι εξετάζει εξονυχιστικά όλα τα μόρια ταυτόχρονα. «Το TARDIS κάνει τη διαδικασία μέτρησης τουλάχιστον πέντε φορές πιο γρήγορη χωρίς καμία απώλεια πληροφοριών», λέει ο Martens.

Αυτό σημαίνει ότι τώρα μπορεί να αφιερώσει την προσοχή του στο υπόλοιπο μέρος του ερευνητικού του έργου, χρησιμοποιώντας το TARDIS για να μελετήσει λεπτομερέστερα τις διαδικασίες που εμπλέκονται στην επιδιόρθωση του DNA. «Με ενδιαφέρει ιδιαίτερα να διερευνήσω πόσο εύκολο ή δύσκολο είναι να επιδιορθωθούν ορισμένα είδη βλαβών και πόσο σοβαρά έχει καταστραφεί το DNA από μια συγκεκριμένη δόση υπεριώδους ακτινοβολίας ή χημικών ουσιών».

Δείτε ΕΔΩ τη δημοσίευση.

(photo: freepik)