Formen på dobbeltspiralen DNA er markert med stiplede hvite linjer i dette bildet, tatt med elektronmikroskop. Den heltrukne linjen viser avstanden mellom to omdreininger av spiralen, 26,5 ångstrøm eller 2,6 milliondels millimeter. (Foto: Enzo Di Fabrizio m.fl./Science Advances, Creative Commons Attribution NonCommercial License 4.0)
Formen på dobbeltspiralen DNA er markert med stiplede hvite linjer i dette bildet, tatt med elektronmikroskop. Den heltrukne linjen viser avstanden mellom to omdreininger av spiralen, 26,5 ångstrøm eller 2,6 milliondels millimeter. (Foto: Enzo Di Fabrizio m.fl./Science Advances, Creative Commons Attribution NonCommercial License 4.0)

Ser DNA i minste detalj

Elektronmikroskop viser de enkelte delene av genene.

Published

Artikkelen er endret 29.08.15, kl. 23:50.

Et internasjonalt team av forskere har klart å avbilde DNA-molekylet med detaljer helt ned til en lengde på 1,5 ångstrøm – 0,15 milliondels millimeter.

Da trer de enkelte baseparene fram. Baseparene er bokstavene i alfabetet til arvestoffet DNA.

Ikke for sekvensering

Likevel understreker forskerne at bildet ikke skal brukes til å kartlegge arvestoffet – det som kalles DNA-sekvensering.

– Sekvensering er ikke målet for denne studien. Avlesningen av hele sekvensen er langsom, skriver Enzo Di Fabrizio, en av forskerne bak studien i tidsskriftet Science Advances, til forskning.no.

– Dessuten trengs ikke en romlig oppløsning på 1,5 ångstrøm for denne oppgaven, presiserer han.

Kan se endringer i hvert gen

Derimot kan forskerne måle avstander og vinkler på molekylet. Dette er viktig for å forstå variasjoner i enkeltmolekyler.

Forskerne kan for eksempel se om ett bestemt gen er metylert. Det betyr at ytre påvirkning fra miljøet har fått et organisk stoff, en metylgruppe, til å koble seg til genet og endre hvordan det uttrykkes.

Slik metylering kan i sjeldne tilfelle også følge kjønnsceller og arves. Miljøpåvirkninger kan altså arves. Dette kalles epigenetikk – et spennende og viktig felt å studere nærmere for forskerne.

Måling av lengder og vinkler på baseparene, bokstavene i DNA-alfabetet, gir detaljert informasjon om hvert enkelt gen. (Foto: (Elektronmikroskopi: Enzo Di Fabrizio m.fl./Science Advances, Creative Commons Attribution NonCommercial License 4.0))
Måling av lengder og vinkler på baseparene, bokstavene i DNA-alfabetet, gir detaljert informasjon om hvert enkelt gen. (Foto: (Elektronmikroskopi: Enzo Di Fabrizio m.fl./Science Advances, Creative Commons Attribution NonCommercial License 4.0))

Detaljer, ikke gjennomsnitt

Tidligere har DNA blitt avbildet på en annen måte. Da er det regelmessige, gjentatte strukturer i molekylet som brukes for å vise formen på molekylet.

Da Watson og Cricks viste hvordan DNA var bygget opp i 1953, brukte de en slik metode. Men den kan bare vise et slags gjennomsnitt av en repeterende form. Den kan ikke avbilde enkeltdetaljer og hvordan de varierer, slik som i disse nye bildene.

Korte elektronbølger

Bildet kunne ikke vært tatt med et vanlig mikroskop. Lysbølger er alt for lange til at detaljene synes. Lysbølgene bare går rundt detaljene, omtrent som store dønninger går rundt små øyer på havet.

Små krusninger blir derimot avbøyd og stanset av den lille øya. I mikroskopverdenen er elektroner slike krusninger.

Et elektron kan nemlig oppføre seg som en bølge. Bølgelengden er under en titusendel av lengden til en lysbølge. Dermed kan den bli avbøyd av mye mindre detaljer, som vises i bildet.

Vanskelig å ta bilde av

Elektronmikroskopet sender derfor elektroner mot det som skal tas bilde av istedenfor lysbølger. I den typen elektromikroskop som forskerne her har brukt, går elektronene gjennom DNA-molekylet.

DNA-molekylet blir på en måte gjennomlyst av elektroner. Problemet er at elektronene kan skade DNA-molekylet.

Jo mer energi elektronene har, desto bedre blir bildet. Forskerne måtte her gjøre en avveining.

De har også fjernet vannet fra molekylet. Da treffer elektronene DNA-molekylet mer direkte, og bildet blir klarere.

Det er viktig, fordi DNA-molekylet inneholder ganske lette atomer. Dermed avbøyer de ikke elektronene så mye, og kontrasten i bildet blir lav.

Bildet viser hvordan trådene med DNA er festet til et underlag for å avbildes med elektronmikroskop. De svarte hullene er åpnninger i underlaget der elektronstrålen kan slippe inn og gjennomlyse den tynne DNA-tråden, som er grå i bildet. De hvite sirklene er silisiumsøyler der DNA-trådene er festet. De grå skyggene inne i de hvite sirklene er selve festet. (Foto: (Elektronmikroskopi: M. Marini, et al. The structure of DNA by direct imaging. Science Advances 1, e1500734 (2015)))
Bildet viser hvordan trådene med DNA er festet til et underlag for å avbildes med elektronmikroskop. De svarte hullene er åpnninger i underlaget der elektronstrålen kan slippe inn og gjennomlyse den tynne DNA-tråden, som er grå i bildet. De hvite sirklene er silisiumsøyler der DNA-trådene er festet. De grå skyggene inne i de hvite sirklene er selve festet. (Foto: (Elektronmikroskopi: M. Marini, et al. The structure of DNA by direct imaging. Science Advances 1, e1500734 (2015)))

Håper på sekvensering med bilde

Selv om målet for disse forskerne ikke er å kartlegge eller sekvensere DNA med et bilde, arbeides det fortsatt for å få til dette.

En av metodene går ut på å koble forskjellige typer tyngre atomer til hver type av de lette atomene i DNA. Med disse tyngre atomene blir kontrasten tydeligere, og de enkelte atomene som danner baseparene kan bli synlige.

Referanse:

Monica Marini m.fl.: The structure of DNA by direct imaging, Science Advances, 28.august 2015, doi: 10.1126/sciadv.1500734.