Содержание
Российские ученые сделали снимок коронавируса под микроскопом — РБК
adv.rbc.ru
adv.rbc.ru
adv.rbc.ru
Скрыть баннеры
Ваше местоположение ?
ДаВыбрать другое
Рубрики
Курс евро на 22 декабря
EUR ЦБ: 75,09
(+1,75)
Инвестиции, 21 дек, 16:13
Курс доллара на 22 декабря
USD ЦБ: 70,53
(+1,52)
Инвестиции, 21 дек, 16:13
Военная операция на Украине. Главное
Политика, 14:49
«Призрачную карту» банка «Открытие» назвали одной из лучших на рынке
Пресс-релиз, 14:47
Москва заявила об отказе Еревана от встречи по мирному договору с Баку
Политика, 14:46
adv.
rbc.ru
adv.rbc.ru
Балицкий назвал крепкой линию обороны Запорожской области от ВСУ
Политика, 14:40
Сборную России не пустили на чемпионат мира по хоккею с мячом в 2023 году
Спорт, 14:37
Почему многие проекты по цифровизации складов терпят неудачу
Pro, 14:36
Интеллигентность — это про чувство вкуса. Как ее оценить
РБК и ГАЛС, 14:35
Действительно полезный подарок
Интенсивы РБК Pro — возможность освоить востребованный навык за неделю
Подарить интенсив
Новым главой «Открытия» станет бывший заместитель Набиуллиной
Финансы, 14:34
Айронмен из «Бэби-клуба»: как наладить бизнес и отношения с женой
РБК и Газпромбанк, 14:29
Как бюджетная политика влияет на развитие регионов
РБК +, 14:27
Путин лишил миллиардера Рубена Варданяна российского гражданства
Политика, 14:25
«Росатом» заявил о близости позиций с МАГАТЭ по зоне безопасности на ЗАЭС
Политика, 14:22
Как 2022 год изменил в России подходы к киберзащите
Новая экономика, 14:20
Генпрокуратура признала нежелательной работу в России шведской НКО
Политика, 14:15
adv.
rbc.ru
adv.rbc.ru
adv.rbc.ru
Российские ученые из Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» сделали первые снимки нового вируса SARS-CoV-2 под микроскопом. Снимки обнародовала пресс-служба Роспотребнадзора.
Как уточнили РБК в пресс-службе, они получены методом негативного контрастирования на просвечивающем электронном микроскопе JEM-1400. Размер частиц составляет 100–120 нм.
adv.rbc.ru
adv.rbc.ru
Китайский центр по контролю и профилактике заболеваний опубликовал первый снимок коронавируса нового типа в конце января. С помощью микроскопа ученым удалось выделить и увидеть его штамм. В начале февраля ученые из Университета Гонконга обнародовали снимки размножения нового коронавируса. Цветные фото вируса в середине февраля получили и ученые из Лаборатории Скалистых гор Национального института аллергии и инфекционных заболеваний, расположенного в американском штате Монтана.
Их сделали с помощью сканирующих и просвечивающих электронных микроскопов.
Как сообщала ВОЗ, к 18 марта число заразившихся коронавирусом во всем мире превысило 200 тыс. человек. По данным SCMP, от коронавирусной инфекции умерли более 9 тыс. человек.
Впервые в истории науки удалось получить реальное изображение ДНК
Наука
4407
Поделиться
Шестьдесят лет назад Френсис Крик и Джеймс Уотсон выяснили, что структура ДНК представляет собой двойную спираль.
Исследователи определили это, используя данные рентгеноструктурного анализа, которые были получены Розалиндой Франклин и Морисом Уилкинсом.
Francesco Gentile et al.
Этот метод анализа основан на дифракции рентгеновских лучей на трёхмерной кристаллической решётке, в узлах которой в данном случае были расположены молекулы ДНК.
Дифракционная картина регистрируется на фотопластинке. В случае ДНК выходное изображение представляет собой сложнейшую комбинацию точек, положение которых определяется расположением атомов в молекуле. «Расшифровка» такого изображения требует сложного математического подхода.
Получаемые данные позволяют определить местоположение атомов, межатомные расстояния, общую структуру молекул и многое другое. Но как бы точны ни были расчётные модели, они всё равно дают лишь теоретическое представление об объекте исследования.
Учёные из Итальянского технологического института технологии решили изменить ситуацию и сфотографировать ДНК напрямую.
С помощью электронного микроскопа они запечатлели знаменитую двойную спираль во всём её великолепии на фотографии, что стало возможным благодаря своеобразному трюку.
Энзо Ди Фабрицио и его коллеги разработали уникальный метод нанесения образца, который позволил сделать заветную фотографию просвечивающим электронным микроскопом.
Учёные создали кремниевую подложку с наноразмерными столбиками из кремния, которые обладают водоотталкивающими свойствами. В результате при нанесении влага из раствора с ДНК чрезвычайно быстро испаряется, оставляя молекулы растянутыми и полностью готовыми к «просмотру».
Помимо этого исследователи снабдили подложку множеством крошечных отверстий, через которые проникают пучки электронов. Это позволило получить изображение с высоким разрешением.
Все старания учёных окупились сторицей: на снимке перед ними предстала нить из двойных спиралей ДНК, напоминающая штопор с очень плотными витками. (К сожалению, на настоящий момент учёные имеют возможность работать лишь с «канатами» из ДНК, которые состоят из шести молекул, закрученных вокруг седьмой.
Причина в слишком большой энергии электронов, используемых микроскопом, поток частиц мгновенно разрушит одиночную двойную спираль.)
Итальянцы надеются, что вскоре новая технология исследования поможет рассмотреть, каким образом ДНК взаимодействует с другими биологически активными молекулами, например, с белками и РНК.
Подписаться
Авторы:
Юлия Евсеева
Источник:
Вести
Что еще почитать
Что почитать:Ещё материалы
В регионах
Всего один симптом: инфекционист рассказал, как отличить свиной грипп от обычного
17337
Томск
Мария Домрачева
Селедка под шубой: раз и навсегда определяемся с очередностью слоев
8767
Калмыкия
В Ярославской области от простуды скончалась восьмиклассница
8715
Ярославль
Что добавить в воду, чтобы быстро сварить свеклу для салата
7998
Калмыкия
Что делать, если заедает молния на одежде: простой способ решения проблемы
6038
Калмыкия
Как сделать нескользкую подошву на любой обуви: быстрое решение
5785
Калмыкия
В регионах:Ещё материалы
Прямая визуализация одиночных молекул ДНК
Хотя структура ДНК была впервые определена в 1953 году, 1 с тех пор было предпринято несколько безуспешных попыток получить прямое изображение структуры.
С такими прямыми изображениями была бы возможна количественная оценка характерных размеров молекулы. Однако прямые изображения ДНК трудно получить по двум основным причинам. Во-первых, элементы, из которых состоит молекула, имеют очень низкий контраст. Кроме того, сложно подготовить образец ДНК для визуализации, сохранив при этом его первозданную форму и размер.
В предыдущей работе макромолекулы (такие как ДНК) были широко исследованы с использованием рентгеновской дифракции (XRD) 1–3 и методов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) 4 . Хотя эти методы хорошо изучены и широко используются, они имеют ряд серьезных ограничений. Например, для успешного проведения рентгеноструктурного анализа требуются кристаллы или упорядоченные волокна, 5 , а также большое количество чистых образцов. Более того, полученная информация тесно связана с молекулярным состоянием кристаллов или волокон и не дает прямого изображения.
Чтобы преодолеть эти ограничения, в нашей недавней работе 6,7 мы разработали новый метод подготовки, позволяющий использовать просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ) нуклеиновых кислот.
В нашем подходе, который мы проводим при комнатной температуре и без какой-либо процедуры окрашивания образцов, мы подвешиваем одну двухцепочечную молекулу ДНК на супергидрофобной поверхности, а затем непосредственно визуализируем ее с помощью ПЭМ высокого разрешения (HRTEM). Таким образом, мы можем получить окончательные ПЭМ-изображения ДНК, которые не содержат вкладов субстрата 6 и непосредственно наблюдать одиночную двойную спираль ДНК. 7
На первом этапе нашего метода подготовки мы разбавляем ДНК лямбда (т. е. ДНК из фага энтеробактерий λ) в физиологически совместимом солевом буфере. Затем этот раствор подвергают линейному изменению температуры, чтобы открыть нежелательные вторичные структуры и, таким образом, получить хорошо разделенные одиночные молекулы нуклеиновой кислоты. Затем мы наносим каплю этого свежеприготовленного раствора ДНК на супергидрофобную поверхность, состоящую из кремниевых микростолбиков, расположенных по кругу и с отверстиями между столбиками.
Испарение уменьшает объем капли, а значит, уменьшается и площадь ее контакта с узорчатой поверхностью. При обезвоживании взвешенная капля покидает внешние столбики и прикрепляется к внутренним. Таким образом, некоторые молекулы, плавающие в растворе, притягиваются и вынуждены следовать за движением капли. В результате этого сложного процесса испарения и отступления капель мы получаем суспензию молекул ДНК между двумя или более столбиками.
Мы использовали сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) для предварительного исследования наших образцов. На изображении остатка соли — см. Рисунок 1(A) — мы видим, что молекулы ДНК подвешены между микростолбами и над отверстиями между столбиками. СЭМ-изображения микростолбиков и отверстий показаны при большем увеличении на рисунке 1 (B) и (C). Затем мы визуализировали образцы (см. Рисунок 2) с помощью HRTEM с коррекцией сферической аберрации, которую мы использовали при напряжении ускорения электронов 80 кВ и с увеличением около 1 миллиона.
В этих экспериментальных условиях мы достигли пространственного разрешения примерно до 1,5 Å.
Рис. 1. Изображения суспендированных молекул ДНК, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа. Образцы получали после полной дегидратации капли, содержащей физиологически совместимый физиологический раствор и нуклеиновые кислоты. (A) Остатки соли, подвешенные между микростолбами и над отверстиями в столбиках. (B) и (C) Изображения микростолбиков и отверстий с большим увеличением.
Рисунок 2. Фазоконтрастные изображения HRTEM (A) пучка A-ДНК, в котором отчетливо видны края ДНК, и (B) одиночной спирали A-ДНК, связанной с пучком ДНК 100Å. Эти изображения были получены путем суммирования двух изображений, полученных при 50 электронах/сÅ 2 при 80 кэВ (инвертированные цвета).
HRTEM-изображение пучка ДНК (около 25 нм в диаметре) показано на рисунке 2(A), на котором видны полосы, относящиеся к структуре ДНК.
Кроме того, для изображения, показанного на рисунке 2(B), мы достигли разрешения подпериода и, таким образом, выявили детали почти двух периодов внутренней структуры одной спирали ДНК (А-форма). По таким изображениям мы охарактеризовали и измерили ряд характеристик молекулы, т. е. диаметр, большие и малые бороздки, наклон пар оснований относительно оси, шаг спирали и подъем на пару оснований. Мы обнаружили, что наши количественные измерения хорошо согласуются с соответствующими значениями, полученными нами с помощью XRD.
Инновационный характер нашей работы означает, что можно непосредственно наблюдать особенности, которые ранее изучались только с помощью моделирования, например, основу и длину основания структуры ДНК (см. Таблицу 1). Кроме того, мы можем легко измерять молекулы в диапазоне концентраций вплоть до аттомолярного (т. е. 10 –18 моль/л) с помощью нашего метода 9–11 , и, таким образом, мы можем преодолеть предыдущие ограничения объема образца для таких измерений.
Кроме того, буферные растворы, которые мы используем для суспензии материала, полностью совместимы с физиологическими условиями, в некоторых случаях критическими. Таким образом, мы можем расширить круг биомолекул, которые можно исследовать.
Таблица 1. Длины различных структур A-ДНК (т. е. спирали A-формы), измеренные с использованием изображений просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (HRTEM) (см. Рисунок 2), а также с помощью x- данные луча и моделирования. Статистическая ошибка для измеренных длин оценивается в 1,5 Å. Результаты обоих наборов данных сопоставимы. БП: Базовая пара.
| HRTEM | Рентген и | |
|---|---|---|
| Структурная характеристика A-ДНК | измерения | данные моделирования |
| (Å) | (Å) | |
| Диаметр | 21,2 | 23,0 (1) |
| Подъем/ВР по оси | 2,5 | 2,6 (1) |
| Шаг/виток спирали | 26,5 | 28,2 (1) |
| Фосфат + сахар (основа A 1 ) | 5. 1 | 5,3 (2) |
| Основание (B 1 ) | 3,6 | 4,0 (2) |
| Основание (B 2 ) | 5,2 | 5,4 (2) |
| Фосфат + сахар (основа A 2 ) | 5,0 | 5,3 (2) |
| Длина основания (B 1 +B 2 + расстояние между основаниями) | 11,3 | 11,5 (2) |
| Наклон пары оснований относительно оси | 19° | 19° (1) |
| (1) Рентгеновские допустимые значения соответствующих длин 2,3,8 | ||
| (2) Данные, полученные в результате моделирования 7,8 | ||
Таким образом, мы разработали новый метод подготовки, позволяющий проводить прямую визуализацию макромолекул, таких как ДНК, с помощью ПЭМ.
Мы также использовали эти изображения для измерения структурных характеристик ДНК и обнаружили, что наши результаты согласуются с данными предыдущего моделирования. В нашей будущей работе нам необходимо улучшить контрастность изображений, чтобы свести к минимуму повреждения, вызванные лучом образца. Наши предварительные результаты для молекул ДНК продемонстрировали универсальность нашего подхода, поскольку они являются фундаментальными составляющими всей биологической материи. Таким образом, наш метод можно использовать в качестве «верстака» для изучения взаимодействия ДНК с другими веществами (например, интеркалантами и химиотерапевтическими средствами) и для поддержки структурных исследований других биомолекул (например, репарационных белков и гистонов).
Моника Марини, Андреа Фальки, Энцо Ди Фабрицио
Университет науки и технологий короля Абдаллы
Тувал, Саудовская Аравия
Моника Марини имеет докторскую степень в Отделе физических наук и инженерии.
Ее исследовательские интересы сосредоточены на единичной визуализации и характеристике отдельно стоящих биологических молекул (таких как нуклеиновые кислоты) и их взаимодействии с другими материалами (например, гистонами, восстановительными белками, интеркалантами и химиотерапевтическими агентами).
Андреа Фальки — адъюнкт-профессор отдела биологических наук и инженерии. Его областью знаний является визуализация (с помощью передовой электронной микроскопии) нано- и биоматериалов, а также биоматериалов, взаимодействующих с наноструктурами. Соавтор более 150 научных работ.
Энцо ди Фабрицио — профессор кафедры физических наук и инженерии. Его основные интересы включают изучение материалов и макромолекул в наномасштабе, а также их структуры и функции (с помощью новых подходов к спектроскопии, опосредованных наноструктурами).
Ссылки:
1. Дж. Д. Уотсон, Ф. Х. Крик, Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы, Nature 171, с.
737-738, 1953.
2. Франклин Р.Е., Гослинг Р.Г. Структура волокон тимонуклеата натрия. I. Влияние содержания воды, Acta Crys. 6, с. 673-677, 1953.
3. Фуллер В., Уилкинс В. Х. Ф., Уилсон Х. Р., Гамильтон Л. Д. Молекулярная конфигурация дезоксирибонуклеиновой кислоты: IV. Рентгеноструктурное исследование формы А, Дж. Мол. биол. 12, с. 60-76, 1965.
4. Дрю Х.Р., Винг Р.М., Такано Т., Брока С., Танака С., Итакура К., Дикерсон Р.Э. Структура додекамера В-ДНК: конформация и динамика, Proc. Нац. акад. науч. США 78, с. 2179-2183, 1981.
5. M. H. Wilkins, R. G. Gosling, W. E. Seeds, Physical Studies of Nuclein Acid: Nuclein Acid: a Extensible Molecule?, Nature 167, p. 759-760, 1951.
6. Ф. Джентиле, М. Моретти, Т. Лимонджи, А. Фальки, Г. Бертони, А. Скарпеллини, С. Санториелло, Л. Маральяно, Р. Пройетти Дзаккария, Э. ди Фабрицио, Прямая визуализация нитей ДНК: вид двойной спирали, Нано Летт. 12, с. 6453-6458, 2012.
7. Марини М., Фальки А., Моретти М., Лимонги Т., Аллионе М., Дженовезе А., Лопатин С. и др. Структура ДНК методом прямой визуализации. Науч. Доп. 1, с. e1500734, 2015. doi:10.1126/sciadv.1500734
8. M. Egli, W. Saenger, Principles of Nucleic Acid Structure , p. 556, Springer, 1984.
9. F. Gentile, G. Das, M.L. Coluccio, F. Mecarini, A. Accardo, L. Tirinato, R. Tallerico, et al., Ультранизкоконцентрированное молекулярное обнаружение с использованием супергидрофобной поверхности. на основе биофотонных устройств, Микроэлектрон. англ. 87, с. 798-801, 2010.
10. F. De Angelis, F. Gentile, F. Mecarini, G. Das, M. Moretti, P. Candeloro, M.L. Coluccio, et al., Нарушение предела диффузии с помощью супергидрофобных доставка молекул к плазмонным нанофокусирующим структурам SERS, Nat. Фотон. 5, с. 682-687, 2011.
11. Gentile F., Coluccio M.L., Coppedè N., Mecarini F., Das G., Liberale C., Tirinato L. et al., Супергидрофобные поверхности как интеллектуальные платформы для анализа разведенные биологические растворы, Приложение ACS Матер.
Интерфейсы 4, с. 3213-3224, 2012.
Ученые увеличивают масштаб, чтобы посмотреть, как считывается код ДНК
Ученые представили невероятные изображения того, как считывается и интерпретируется код ДНК, раскрывая новые подробности об одном из фундаментальных процессов жизни.
Механизм считывания ДНК и ее расшифровки для создания белков для своих нужд является общим для всех животных и растений и часто нарушается раком.
Исследователи использовали передовую форму электронной микроскопии под названием Cryo-EM, за которую в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по химии, чтобы увеличить и зафиксировать изображения механизма чтения с беспрецедентной детализацией.
Открытие того, как именно работает молекулярный механизм, опубликованное в журнале Nature , может открыть новые подходы к лечению рака.
Ученые из Института исследования рака в Лондоне сделали снимки молекулярного механизма, называемого РНК-полимеразой III, в процессе расшифровки гена с мельчайшими и беспрецедентными подробностями.
Работа финансировалась Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам (BBSRC), Cancer Research UK и Wellcome Trust.
Гибридное изображение поверхности и ленты, показывающее топологию прединициационного комплекса РНК-полимеразы III, включающего полную 17-субъединичную РНК-полимеразу III и три субъединицы TFIIIB TBP (розовый), Brf1 (желтый) и Bdp1 (оранжевый) связывается с промоторной ДНК. Петли, стабилизирующие размотанные нити ДНК по обеим сторонам щели, обозначены ярко-голубым цветом. Изображение предоставлено: Алессандро Ваннини/Йерун Клаус (Phospho Biomedical Animation).
Интересный подход к разработке противораковых препаратов
РНК-полимераза III имеет решающее значение для жизни всех эукариотических клеток, включая всех животных и растения.
При раке он более активен, заставляя клетки производить большее количество строительных блоков, необходимых им для роста и размножения.
Крио-ЭМ настолько мощная, что может сфотографировать крошечные молекулы — примерно 5 нанометров или 20000 th толщины человеческого волоса — почти на атомном уровне.
Это позволило исследователям впервые увидеть, как компоненты комплекса РНК-полимеразы III и вспомогательные молекулы взаимодействуют и взаимодействуют друг с другом, предполагая, как можно использовать лекарства для расщепления комплекса.
Новое исследование зафиксировало молекулярный механизм в процессе связывания с ДНК, разделения двух цепей и подготовки к расшифровке кода ДНК.
Крио-ЭМ включает замораживание и визуализацию образцов при температуре -180°C для сохранения мельчайших деталей формы белков. Этот тип микроскопии также является новым и захватывающим подходом к разработке лекарств от рака.
Выявление пяти ключевых стадий
Ученые ICR использовали эту технику, чтобы выявить пять ключевых стадий, на которых комплекс меняет свою форму для успешной расшифровки кода ДНК.
Каждая из этих стадий потенциально может стать мишенью для новых противораковых препаратов.
Исследователи изучили молекулярный механизм в клетках дрожжей, но тот же механизм используется и у людей.
Исследование было опубликовано вместе со второй статьей в журнале Nature , в которой исследователи из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Германии также использовали КриоЭМ, чтобы больше узнать о компонентах комплекса РНК-полимеразы III и о том, как он взаимодействует с ДНК.
Комплекс считывает код ДНК и создает материал, известный как транспортная РНК, который является важной частью производства строительных блоков белков, необходимых для роста клеток или создания новых клеток.
Раковые клетки нуждаются в большом количестве этих белковых строительных блоков, поскольку они быстро растут и делятся, поэтому они могут стать особенно зависимыми от компонентов комплекса РНК-полимеразы III.
Исследования рака ведут не только к излечению и лечению, но и к совершенно новому пониманию фундаментальных процессов жизни.
Подробнее читайте в блоге Генри Френча, в котором рассказывается о некоторых недавних открытиях ICR.
Подробнее
Захватывающий новый тип микроскопии
Доктор Алессандро Ваннини, руководитель группы структурной биологии в Институте исследования рака в Лондоне, сказал:
«Мы использовали действительно захватывающий новый тип микроскопии под названием Крио-ЭМ, чтобы сделать то, что раньше не удавалось ни одному учёному. Нам удалось заморозить и уловить комплекс РНК-полимеразы III в процессе прикрепления, разделения и считывания кода ДНК.
«Мы получили почти миллион независимых снимков и, используя мощные компьютеры, сгруппировали похожие снимки вместе, увеличив их детализацию, чтобы получить живую реконструкцию этого механизма в действии».
«Теперь, когда мы знаем, как компоненты этого важнейшего молекулярного механизма сочетаются друг с другом, мы можем разработать лекарства, которые включают или выключают систему — и это может предложить совершенно новый способ лечения рака».
Профессор Пол Воркман, исполнительный директор ICR, сказал:
«Крио-ЭМ революционизирует молекулярную и клеточную биологию, позволяя нам в мельчайших деталях изучить молекулярные механизмы внутри клеток и то, как они работают. Этот метод помогает ученым обнаруживать слабые места в раковых клетках, на которые могут быть нацелены лекарства следующего поколения.
«Это прекрасное исследование раскрыло фундаментальный механизм внутренней работы клеток, который часто используется раком. Это чрезвычайно важное открытие в клеточной биологии, и я надеюсь, что в будущем оно приведет к новым методам лечения больных раком».
Невероятное новое достижение
Д-р Аманда Коллис, временно исполняющая обязанности исполнительного директора по науке BBSRC, сказала:
«Крио-ЭМ быстро расширяет наши знания о структуре и поведении биологических молекул, и это захватывающее открытие демонстрирует, как фундаментальное понимание биологических систем может открыть дверь для разработки потенциально новых методов лечения рака».