Долгое время наблюдалось противоречие. Данные полногеномного анализа показывали, что хромосома упакована в компактную «фрактальную глобулу», малоподвижную и аккуратную. При этом прямые наблюдения за живыми клетками фиксировали быстрое движение отдельных участков ДНК. Как плотный клубок может быть одновременно стабильным и динамичным, оставалось загадкой.
Ответ обнаружили в коллективном движении сегментов ДНК. Модель показала, что участки хромосом перемещаются как единые цепи полимера. Скорость смещения центра тяжести участка обратно пропорциональна числу нуклеотидов: длинные последовательности движутся медленнее, короткие — быстрее. Этот принцип универсален — он действует как в покое, так и в активной клетке, напрямую связанный с третьим законом Ньютона.
Анализ двух меток на хромосоме выявил сигнал коллективного движения. Он медленнее скорости отдельных точек и соответствует теории фрактальных полимеров с топологическими ограничениями — нити ДНК не могут свободно скользить друг сквозь друга, образуя сложный клубок. Таким образом, противоречие исчезло — хромосома плотно упакована, но отдельные сегменты коротких геномных последовательностей двигаются до столкновения с топологическими барьерами.
Модель предсказывает дальние корреляции между сегментами при резких изменениях термодинамических условий, например, перед делением клетки. Эти корреляции затухают по универсальному закону и показывают выход системы из равновесия, подчеркивая роль коллективного движения.
Отслеживание всего двух точек на участке хромосомы теперь позволяет получить полную картину его динамики и трехмерной структуры. Это открывает прямой доступ к фундаментальным законам организации генома и демонстрирует, что принципы полимерной физики работают даже в самых сложных условиях живой клетки.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, как Джеймс Уотсон открыл структуру ДНК, получил Нобеля — и потерял репутацию.
