Å greie å strekke DNA-molekylene helt ut har lenge vært et mål for forskerne. Nå er er det like før de klarer det. Her vises et farget elektronmikrografi av to kromosompar fra menneske. Hvert kromosompar består av to består av to DNA-molekyler. (Foto: Science Photo Library)
Å greie å strekke DNA-molekylene helt ut har lenge vært et mål for forskerne. Nå er er det like før de klarer det. Her vises et farget elektronmikrografi av to kromosompar fra menneske. Hvert kromosompar består av to består av to DNA-molekyler. (Foto: Science Photo Library)

DNA strukket lenger enn noensinne

Danske forskere har strukket et DNA-molekyl nesten helt ut ved hjelp av en slags mikroskopisk tautrekking. Forsøket kan brukes til bedre DNA-sekvensering og til å forstå ukjente fysiske lover.

Publisert

Fakta

Ved normal gensekvensering kan forskere bare lese av korte stykker DNA. Lange DNA-molekyler klippes derfor i små stykker. Sekvensene legges senere som et gigantisk puslespill.

Denne teknikken krever at man har overlappende stykker av DNA. Det krever DNA fra flere celler eller kopiering av det materialet man har til rådighet. 

Et DNA-molekyl framstår ofte som en stor floke. Det minner om et fiskesnøre som er skylt opp på stranden.

Forskerne har derfor store problemer med å finne ut hvor det begynner, og hvor langt det er fra et punkt til et annet. Derfor ønsker de å strekke det ut – og det har de nå greid.

I en artikkel i Physical Review Letters viser forskere fra Danmark Tekniske Universitet (DTU) hvordan man kan bruke en laser til dette formålet.

Ifølge en av forskerne bak studien kan oppdagelsen brukes til flere ting:

– Det gjør at vi kan fotografere DNA-et med et mikroskop. Dessuten kan vi nå finne ut av et fysisk fenomen som har skapt problemer, forklarer forsker Jonas Nyvold Pedersen.

Lettere å lese

Førsteamanuensis i biofysiologi Lene Broeng Oddershede fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet arbeider også med samspillet mellom fysikk og biologi. Hun mener det nye forskningsresultatet er viktig.

– Det store målet for fremtiden er å kunne lese av de individuelle baseparene i molekylet. Da må det være strukket ut, sier Oddershede.

Bruker varme

Nyvold Pedersen og kollegaene hans har plassert en DNA-streng i en mikroskopisk kanal på en liten chip.

Senere varmet forskerne opp midten av kanalen med en laser, slik at væsken omkring DNA-strengen ble varmere på midten enn i endene.

Forskjellene i temperatur satte i gang svake fysiske krefter som fikk DNA-et til å bli strukket ut. DNA-molekyler vil alltid bevege seg fra et varmt til et kaldt område.

– Vi klarte å strekke molekylet ut 80 prosent. Allerede da kan teknikken tas i bruk til grov sekvensering, forteller Nyvold Pedersen.

Hjelper forskere med puslespill

Når forskere skal sekvensere DNA, starter de med å skjære det opp i millioner av biter. Hver bit leses av, og så må alt settes sammen som et enormt puslespill.

Ved å varme opp midten av et DNA-molekyl har forskere strukket det ut 80 prosent. Det gjør det lettere å danne seg et grovt overblikk over hvordan DNA-et ser ut før genomsekvensering.  (Foto: Henrik Flyvbjerg)
Ved å varme opp midten av et DNA-molekyl har forskere strukket det ut 80 prosent. Det gjør det lettere å danne seg et grovt overblikk over hvordan DNA-et ser ut før genomsekvensering. (Foto: Henrik Flyvbjerg)

Et helt genom for en ny organisme er som å legge et puslespill med ti millioner
brikker uten å vite hva bildet viser. Det krever tålmodighet og en masse datakraft.

Men ved å strekke ut DNA-et først kan forskerne danne seg et overblikk over det ferdige genomet. Det gjør det lettere å legge puslespillet.

– Man kan si at vi nå kan se hvor i puslespillet det er himmel, vann og bygninger, forteller Rodolphe Marie.

Vanskelig fysikk

Den nye forskningen er også relevant for grunnforskning. Det dreier seg om å forstå hvorfor DNA-molekyler beveger seg fra varme til kalde områder i væsker.

De fysiske lovene for gasser er fullt ut forstått. Væsker byr imidlertid på problemer: Noen partikler og molekyler, inkludert DNA, beveger seg fra varme mot kulde, mens andre beveger seg motsatt vei.

Retningen er avhengig av hva molekylene er laget av og også av temperaturen. Det ikke enighet om hvorfor dette skjer.

Det nye forskningsresultatet er et redskap som andre forskere kan bruke til å forstå denne fysikken.

– Normalt gjennomfører vi slike forsøk i en beholder med flere tusen partikler eller store molekyler. Når vi varmer opp ett sted, kan vi se at fjerner seg fra det området.

– Vi kan måle de fysiske kreftene på ett enkelt molekyl. Her er kreftene sterkere, for de virker hele veien langs det lange molekylet, omtrent som to lag som driver tautrekking. Derfor er resultatet tydeligere. Det vil forhåpentligvis gjøre det lettere å forstå de fysiske lovene bak fenomenet, avslutter Nyvold Pedersen.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.