Wykorzystując potężne źródło promieniowania w brytyjskim narodowym instytucie synchrotronowym – Diamond Light Source – fizycy byli w stanie określić indywidualną masę wszystkich 46 chromosomów w ludzkich komórkach. Okazały się one ok. 20 razy cięższe niż zawarte w nich DNA – prawdopodobnie odzwierciedlając dodatkową masę innych nieznanych elementów wewnątrz chromosomów, których jeszcze nie odkryliśmy.
Masę DNA znamy z Human Genome Project, ale po raz pierwszy udało nam się precyzyjnie zmierzyć masę chromosomów, które zawierają to DNA. Nasze badania sugerują, że 46 chromosomów w każdej z naszych komórek waży 242 pikogramy. To więcej, niż byśmy się spodziewali i wskazuje na niewyjaśniony nadmiar masy w chromosomach.Ian Robinson, biofizyk z University College London
Czym są chromosomy?
Chromosomy to małe, przypominające nici zbitki DNA, które można znaleźć w jądrach komórkowych żywych organizmów. Każdy chromosom zawiera jedną cząsteczkę DNA, która z kolei zawiera instrukcje genetyczne dotyczące rozwoju i życia danego organizmu. Chromosomy chronią DNA przed rozpadem, pomagając zachować jego strukturę podczas procesu replikacji komórek.
Człowiek ma 23 pary chromosomów, na które składają się 22 pary chromosomów ciała (autosomów) i jedna para chromosomów płciowych (allosomów).
Chromosomy zostały po raz pierwszy odkryte w XIX wieku i od tego czasu naukowcy dowiedzieli się wiele o ich roli w funkcjonowaniu żywych organizmów. Jest jednak wiele rzeczy, których wciąż nie rozumiemy. Masa chromosomów do tej pory była nieznana.
Nieoczekiwana masa
Naukowcy z University College London użyli techniki zwanej ptychografią rentgenowską, aby zajrzeć do wnętrza chromosomów.
Polega ona na wykorzystaniu akceleratora cząstek zwanego synchrotronem do wytworzenia potężnej wiązki promieniowania rentgenowskiego. Kiedy promienie X przechodzą przez chromosomy, ich dyfrakcja tworzy wzór interferencyjny, który naukowcy mogą wykorzystać do stworzenia mapy 3D chromosomu o wysokiej rozdzielczości.
Pod lupę wzięto ludzkie białe krwinki w metafazie (faza cyklu komórkowego, w której chromosomy ulegają kondensacji), a także tuż przed podziałem komórki, kiedy 46 chromosomów w każdej komórce ściska DNA w swoim wnętrzu. Używając ptychografii rentgenowskiej, badacze byli w stanie określić tzw. gęstość elektronową (liczbę elektronów) w chromosomie. Masa spoczynkowa elektronu jest jedną z podstawowych stałych fizycznych, więc nie było problemu z określeniem ile waży cały chromosom.
Naukowcy nie są pewni, z czego może wynikać nieoczekiwany nadmiar masy.
Lepsze zrozumienie chromosomów może mieć ważne implikacje dla ludzkiego zdrowia. W laboratoriach medycznych przeprowadza się wiele badań chromosomów w celu diagnozowania nowotworów na podstawie próbek pobranych od pacjentów. Wszelkie ulepszenia w naszych możliwościach obrazowania chromosomów byłyby zatem bardzo cenne.Archana Bhartiya, biochemiczka z University College London