Группа исследователей из США, Мексики и Украины показала, что неравномерная проводимость молекулы ДНК помогает восстанавливающим ферментам находить поврежденные участки последовательности.

Структура гена
(иллюстрация из Talking Glossary of Genetics)

Kак известно, обычный ген может содержать от тысячи до миллиона пар оснований, а «длина» мутаций составляет всего около 10 пар. Вероятность того, что репаративный фермент случайно обнаружит такую мутацию, невелика; следовательно, ферменты должны ориентироваться по изменениям каких-либо характеристик ДНК.

Механические и термодинамические свойства молекулы практически не изменяются при незначительных вариациях последовательности ДНК, в то время как электрическое сопротивление заметно колеблется даже в случае исключения (замены) одного нуклеотида. Оставалось выяснить, как ферменты могут использовать эти колебания для локализации мутаций.

Авторы провели расчеты электрической проводимости из первых принципов (без дополнительных эмпирических предположений) для человеческих генов BRCA, ADAM10, SNAP29 и SUHW1 и обнаружили, что разные области генов имеют разные свойства. Экзоны — сегменты, несущие информацию о первичной структуре белка, — соответствуют проводникам, а некодирующие участки (интроны) представляют собой фрагменты диэлектрика.

Таким образом, последовательность ДНК разбивается на небольшие области, которые легко различимы, что значительно упрощает поиск мутации. Эта гипотеза подтверждается данными экспериментов, в которых измерялось сопротивление ДНК с мутациями, приводящими к развитию рака.

Полная версия отчета ученых опубликована в журнале Physical Review B; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.