Ученым удалось на молекулярном уровне проследить за починкой поврежденной ультрафиолетом ДНК.

Повреждение молекул ДНК квантами ультрафиолета вызывает рак кожи, меланому. Именно поэтому в Великобритании был введен запрет на посещение соляриев подростками, а озоновая дыра вызывает серьезное беспокойство у медиков. Открытие, сделанное специалистами из Университета Огайо, позволит, как считают его авторы, создать совершенно новые защитные средства в виде лосьонов и кремов для загара.

Открытие, описанное на страницах журнала Nature, означает возможность не просто отражать избыток ультрафиолета или превращать его в тепло (как это делают современные защитные кремы, кстати, далеко не всегда эффективные) – включение в состав защитной косметики ферментов, подобных изученной учеными фотолиазы, обеспечит восстановление ДНК, говорится в сообщении университета.

Последовательный прогресс

Сама по себе фотолиаза - далеко не новое для ученых вещество. Способность ее восстанавливать поврежденную ультрафиолетовым излучением ДНК - тоже. Новизна работы заключена в описании механизма действия фермента на уровне отдельной молекулы.

Пояснить это можно следующей аналогией: большинству владельцев компьютеров известно, что внутри их компьютера есть микросхема, называемая центральным процессором. То, что в ней происходит обработка информации и внутри процессора циркулируют электрические импульсы - тоже общеизвестный факт. Но без детального представления о процессах протекания тока через транзисторы создать новый процессор будет невозможно.
Исследователи из США продолжили работу, начатую задолго до них. В 1958 году фотолиазу удалось впервые выделить, в 1960-м впервые описали примерный механизм ее действия, еще позже удалось установить форму молекулы, и сейчас речь зашла уже о тонкостях, открыть которые помогла так называемая фемтосекундная спектроскопия.

Фото со вспышкой

Многие химические реакции - среди которых и починка ДНК фотолиазой - протекают за считаные фемтосекунды (1 фс = 10 в минус 15-й степени секунды; миллиардная доля от миллионной доли), поэтому пронаблюдать за ними далеко не просто. Свет, для сравнения, проходит за это время несколько десятков нанометров - то есть не успевает даже пересечь клетку кожи!

Но если суметь создать сверхкороткую световую вспышку, которая длится как раз несколько фемтосекунд, то ей можно поймать часть молекул как раз в то время, когда они уже вступили в реакцию, но еще не успели превратиться в продукт этой реакции или, если речь идет о катализаторе, вернуться в свое первоначальное состояние. Конечно, фотографии молекул не выйдет, но химикам именно фото и не требуется - им вполне хватит спектра.
Лазер дает сверхкороткую вспышку ультрафиолета, молекулы фотолиазы вступают в реакцию с ДНК и далее ученым остается только посмотреть на спектр прошедшей через изучаемую среду вспышки - по его изменению о механизме реакции можно сказать довольно много. А вот на то, чтобы получать такие короткие импульсы излучения, регистрировать и анализировать их, у специалистов по лазерам ушли десятки лет, фемтосекундная спектроскопия появилась лишь на рубеже 1980-х и 1990-х годов, через примерно четверть века после изобретения лазеров.

Перспективы

При помощи фемтосекундной спектроскопии ученым удалось узнать, что же происходит с фотолиазой и ДНК при протекании жизненно важной реакции. Выяснилось, что на протяжении несколько десятых долей пикосекунды (1 пс = 1000 фс = одна миллионная от одной миллионной, 10 в минус 12-й степени секунды) происходит сразу несколько событий, связанных как с разрывом неправильных связей в молекуле ДНК, так и с передачей электронов и протонов от фотолиазы к еще одному вспомогательному ферменту. Все эти передачи зафиксированы и описаны, что позволяет рассчитывать на создание аналогов фотолиазы искусственным путем.

Что весьма актуально, так как у человека, как и у всех млекопитащих, фотолиазы нет. Имеющиеся в наших кожных клетках ферменты тоже могут чинить молекулы ДНК, но далеко не столь эффективно. Млекопитающие, обладая целым рядом других преимуществ, по какой-то причине потеряли защитную систему и из-за этого столкнулись с повышенным риском рака кожи, меланомы.

 Gzt.ru