Для починки ДНК белки-ремонтники ищут в остальной ДНК неповреждённую копию нужного участка. При этом они не перебирают по одному все участки здоровой ДНК, а анализируют сразу несколько фрагментов на предмет их сходства с нарушенной последовательностью.

Когда с ДНК случается что-нибудь нехорошее (например, разрыв или замена правильного нуклеотида на неправильный), в дело вступают системы репарации. Их существует несколько видов. Одна из самых сложных и загадочных разновидностей репарации состоит в том, что повреждённый участок молекулы ДНК расплетается так, чтобы освободить одну нить молекулы, после чего начинается поиск шаблона, по которому будет происходить восстановление.

Повреждённый участок сравнивается со здоровой копией (хроматидой у человека или синтезируемой копией хромосомы у бактерии), и, когда соответствующий здоровый участок найден, по его образцу заделывается брешь в повреждённой молекуле.

Рис. 1. Схема BRCA1, одного из белков, обслуживающих репарацию ДНК у человека (рисунок Dr Mark J. Winter).

Но даже небольшой геном состоит из миллионов и миллионов «букв» — азотистых нуклеотидов. И среди этого огромного массива белкам, обслуживающим репарацию, нужно найти соответствие между повреждённой и неповреждённой копиями ДНК. В этом и состоит загадка репарации. Бактериальные и эукариотические белки, которые её осуществляют, были открыты давно, все функции их описаны, но единой картины не получалось: не было понятно, как организована работа ремонтной системы, как ведётся поиск нужного участка ДНК в огромной библиотеке генома.

И вот в журнале Nature появилась статья, авторы которой претендуют на разрешение этой молекулярной загадки.

Есть две модели, описывающие работу репарационного комплекса на примере бактерий. По одной из них несколько молекул белка RecA, одного из ключевых белков репарации и рекомбинации, усаживаются на повреждённую цепь ДНК и начинает скользить вместе с ней по хромосоме, ища соответствие между повреждённой и неповрежденной ДНК.

Вторая модель принимает во внимание то, что ДНК в клетке представляет собой чрезвычайно компактный и довольно запутанный клубок. И белок RecA вместе с «больным» фрагментом ДНК может одновременно контактировать сразу со многими последовательностями. Он никуда не едет и не скользит: находясь в гуще переплетённой ДНК, он может одновременно проверять на сходство участки из самых разных мест генома.

Выбрать между моделями можно было, только увидев своими глазами работу этого молекулярного комплекса. И это оказалось возможным только сейчас. Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе (США) использовали метод, который разрабатывался с 1991 года; первые результаты он принёс в 2001-м, когда учёные смогли в реальном времени наблюдать за работой фермента, расплетающего спираль ДНК.

Суть метода в том, что молекула ДНК растягивается к двум наношарикам, один из которых можно перемещать с помощью лазера. К такой ДНК «подсаживают» какой-нибудь молекулярный комплекс и наблюдают, как всё это между собой взаимодействует. На этот раз учёные добавили к ДНК на шариках белок RecA, удерживавший другой кусок ДНК, который ему нужно было сличать. Меняя форму ДНК, делая её то вытянутой в струну, то свёрнутой, учёные показали, что ремонтные белки никуда не скользят, а одновременно сравнивают с повреждённой последовательностью разные участки здоровой ДНК.

Можно сказать, что система просматривает сразу несколько чертежей, выбирая нужный. За счёт этого, полагают исследователи, репарация идёт гораздо быстрее, чем это было бы в случае постепенного перебирания и сравнивания последовательностей.

В дальнейшем учёные собираются также увидеть процесс репарации, в котором участвуют белки человека. Считается, что неполадки в репарации ДНК служат причиной многих видов рака, так что для борьбы с ними всякая информация об этом молекулярном процессе может прийтись очень кстати.