שתי מולקולות DNA טעונות במטען שלילי, ולפי חוקי האלקטרוסטטיקה הן אמורות לדחות זו את זו. אך בתוך התא הן מסוגלות להתקרב זו לזו כמעט עד מגע, להתיישר במקביל וליצור מגעים יציבים.
כעת הצליחו החוקרים לראשונה לראות במישרין את המבנה של קרבה שכזו.
מדענים מאוניברסיטאות יורק ושפילד השתמשו במיקרוסקופיית כוח אטומית ברזולוציה גבוהה בתווך נוזלי ושילבו אותה עם מידול מחשבי של דינמיקה מולקולרית. בתמונות שני הסלילים הכפולים של DNA היו מונחים זה לצד זה לאורך כמה סיבובים, וגאומטרייה שלהם הלמה בדיוק מפתיע: החריצים הגדולים התיישרו מול הגדולים, והקטנים מול הקטנים.
התקבל מבנה המזכיר רוכסן מולקולרי.
היונים הופכים לגשרים
תפקיד מפתח בתהליך זה ממלאים יונים דו-ערכיים של מתכות — בראש ובראשונה מגנזיום, סידן וניקל.
מכיוון ששלד הפוספט של DNA נושא מטען שלילי, שתי המולקולות דוחות זו את זו באופן טבעי. יונים טעונים במטען חיובי מפצים חלקית על האינטראקציה הזו ומסוגלים ליצור גשרים מיוחדים בין סלילים שכנים.
אך המנגנון התברר כמעניין יותר מאשר "נטרול מטען" פשוט.
המידול הראה שהיונים מסוגלים להתמקם בתוך החריצים הגדולים והקטנים של DNA וליצור רשת מגעים מאורגנת במרחב. הודות לכך שני הסלילים לא רק מתקרבים — הם מקבלים אפשרות להתיישר זה ביחס לזה בגאומטרייה מסוימת.
מודל כזה בדיוק של "רוכסן DNA" אלקטרוסטטי הציע לפני כעשרים שנה אלכסיי קורנישב ועמיתיו. עד כה הוא נותר במידה רבה תאורטי.
כעת השיגו החוקרים אישוש מבני ישיר לו.
לא כל היונים פועלים באותה צורה
מתכות שונות יוצרות סוגים שונים של מגעים.
יוני ניקל הפגינו אינטראקציות ממוקדות יותר עם קטעים מסוימים של DNA. מגנזיום וסידן יצרו רשתות קשרים מגוונות יותר ויכלו להשתתף במגעים גם בחריצים הקטנים וגם בגדולים.
משמעות הדבר היא שהסביבה הכימית מסוגלת להשפיע על מידת היציבות שבה שתי מולקולות DNA ישהו זו לצד זו ועל האופן שבו הן יהיו מכוונות זו ביחס לזה.
עם זאת, חשוב שלא להפליג רחוק מדי: הניסוי אינו מראה ש-DNA מזהה בעצמו וללא טעות רצף זהה רק הודות ליונים.
החוקרים צפו במגעים הן בין רצפים דומים והן בין רצפים שונים. המחברים משערים שהתאמת רצפים עשויה לעזור לשמור על יישור נכון ולהפיץ את המגע לאורך המולקולה, אך מנגנון זה עדיין מחייב מחקר מפורט יותר.
מדוע בכלל צריך DNA להתקרב?
אינטראקציות מעין אלו עשויות להיות חשובות לתהליכים יסודיים בתוך התא: ארגון הכרומוזומים, אינטראקציה בין קטעים של הגנום ומנגנונים שבהם מולקולות DNA צריכות למצוא ולהשוות רצפים דומים.
העבודה מעניינת גם עבור ננוטכנולוגיות DNA. ככל שהחוקרים מבינים טוב יותר אילו כוחות גורמים לשני הסלילים להתקרב וכיצד היונים משפיעים על תהליך זה, כך אפשר לתכנן בדיוק רב יותר מבנים מלאכותיים על בסיס DNA — למשל, מבני אוריגמי DNA ומבני ננו ניתנים לתכנות אחרים.
אך החלק המעניין ביותר של המחקר טמון, כנראה, בדבר אחר.
ברמה המולקולרית החיים פותרים ללא הרף משימות שנראות לכאורה בלתי אפשריות מבחינה פיזיקלית. שני סלילים טעונים במטען שלילי אמורים להתרחק זה מזה — ובמקום זאת הם מוצאים את עצמם זה לצד זה, ומתאימים את חריציהם בדייקנות.
וכמה יונים זעירים עוזרים להפוך את הדחייה למגע מסודר.
