Наша ДНК постоянно находится под угрозой, исходящей от радиации, ультрафиолетовых лучей, загрязняющих веществ в нашей пище и окружающей среде. Все эти факторы могут наносить ущерб нашему генетическому материалу, что приводит к возникновению рака и других болезней.
Анализ повреждений ДНК имеет решающее значение для понимания природы этих заболеваний и поиска новых методов лечения, однако в настоящее время методы обнаружения повреждений ДНК требуют утомительной и трудоемкой работы. Однако группа биоинженеров из MIT разработала новый способ быстро выявить повреждения ДНК в разнообразных условиях, обещая сделать такой анализ обычным методом при скрининге препаратов и эпидемиологических исследованиях воздействия факторов окружающей среды.
Предложенная методика основана на тесте 30-летней давности, известном как «метод ДНК-комет» (). Этот тест назван так из-за напоминающей комету формы мазка, который образует поврежденная ДНК. Но в отличие от традиционного метода, с помощью новой технологии можно анализировать гораздо большее число клеток и делать это значительно быстрее.
Данная технология может предложить эпидемиологам новый подход к обнаружению опасных воздействий окружающей среды задолго до того, как они станут причиной рака, врачам — пути улучшения способов лечения рака, а исследователям фармацевтической промышленности — способы поиска новых лекарственных препаратов и выявления опасных наркотиков.
«Важнейшей особенностью нашей технологии является то, что она может быть использована для обнаружения генотоксических (вызывающих мутации) веществ в окружающей среде при помощи самого простого исследовательского оборудования», говорит Бевин Энгельворд (Bevin Engelward), доцент кафедры биоинженерии и один из соавторов работы.
Метод ДНК-комет основан на , часто используемом при лабораторных испытаниях: ДНК, помещенная на пластину из полимерного геля, подвергается воздействию электрического поля, которое вынуждает ДНК перемещаться по поверхности геля. Во время этого процесса поврежденные ДНК передвигаются дальше неповрежденных, образуя мазок в форме кометы.
Этот тест считается очень точным, но также весьма трудоемким. Каждый набор условий эксперимента (например, проверка того, как конкретный препарат влияет на ДНК), требует отдельного , и каждый микропрепарат (содержащий сотни клеток) должен быть визуально обследован исполнителем. Это ограничивает число экспериментальных условий, которые могут быть изучены.
Чтобы создать новый метод исследования, ученые из MIT разработали концепцию микроскопических «лунок», пропечатаных на поверхности геля, используемого для электрофореза. Сетка из тысяч мелких углублений создается с помощью технологии микропечати. Каждая клетка находится в своем собственном отпечатке, получая таким образом уникальный «адрес», который остается постоянным на протяжении всего эксперимента. Каждая лунка может заключать в себе около тысячи клеток, что позволяет исследователям одновременно изучать влияние различных лекарственных препаратов или других химических веществ, добавляя их в различные лунки.
Эта установка позволяет не только исследовать десятки экспериментальных условий на одном микропрепарате, но и автоматически анализировать результаты с помощью специально разработанных программ обработки изображений.
Технология будет совместима с базовым лабораторным оборудованием, поэтому сможет быть использована практически в любой лаборатории.
Для того чтобы продемонстрировать потенциальные возможности новой системы, исследователи выполнили оценку 3 соединений, которые были предложены в качестве потенциальных . Такие соединения могут быть использованы для повышения эффективности химиотерапии путем предотвращения восстановления раковых клеток от повреждений их ДНК, вызванных химиотерапией. Это исследование подтвердило сделанные ранее прогнозы, что два соединения, известные как и , способны остановить репарацию ДНК, а третье, назваемое n.c.a. ([18F]FClO3), имеет незначительный эффект.
Команда MIT в настоящее время работает над изучением воздействия загрязняющих веществ в воздухе на ДНК людей, которые живут в экологически небезопасных районах, по сравнению с жителями более чистых регионов. Также проводятся исследования с целью сравнить клетки курящих и некурящих и сопоставление способности к ДНК-репарации отдельных клеток в зависимости от того, какие гены наиболее выраженно проявляют себя в этих клетках.
По сообщению