К 50-летию открытия структуры ДНК

Ю. М. Евдокимов

Евдокимов Юрий Михайлович - д.х.н., зав. лаб. Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН.

Вопрос о состоянии ДНК в биологических объектах (вирусы, хромосомы простейших и т. д.) был поставлен сразу же после открытия структуры ДНК 50 лет назад. Согласно расчетам, объём, занимаемый молекулой ДНК в растворе, в несколько тысяч раз превышает объём головки простого бактериофага (вирус бактерии), в которой размещается эта ДНК. Следовательно, внутри бактериофага локальная концентрация ДНК может достигать сотен миллиграмм в одном миллилитре, то есть в тысячи раз отличается от концентрации, с которой обычно работают в лабораторных условиях. Аналогичные расчеты свидетельствуют
о высокой плотности упаковки молекул ДНК и в хромосомах высших организмов, где молекулы ДНК связаны с различными белками. Характерно, что в биологических объектах молекулы ДНК не только сконцентрированы (конденсированы), но и высокоупорядочены, судя по рефлексам рентгенограммах этих объектов. Таким образом, неотъемлемое свойство биологических объектов - плотная упаковка молекул ДНК, причем такая, которая легко и обратимо меняется в ходе биологических процессов.

Выяснение конкретного механизма (или механизмов) функционирования генома в клетке – трудная экспериментальная задача, для однозначного решения которой методы анализа еще не разработаны, поэтому большое значение приобрело моделирование процесса конденсации молекул ДНК в лабораторных условиях.

Рассмотрим некоторые результаты, полученные главным образом в Институте
молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН. Основной вывод из проведенных работ состоит в том, что при всех условиях, вызывающих фазовое исключение молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот из водно-полимерных или водно-солевых растворов, эти молекулы находятся преимущественно в жидкокристаллическом состоянии. Интерес к жидким кристаллам нуклеиновых кислот обусловлен не только их большой биологической значимостью, но и обнаруженной сравнительно недавно возможностью их применения в
практических целях, например, в качестве чувствительных элементов сенсорных
устройств и "носителей" генетического материала, а также в составе соединений, используемых в медицине либо биотехнологии.