ЗАВИСИМОСТЬ РАЗМЕРОВ ГЛОБУЛЫ ДНК В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ ОТ ДЛИНЫ ЦЕПИ

Современные тенденции использования ДНК в нано- и биотехнологиях ставят задачу разработки новых методов анализа молекул ДНК на основе развивающейся приборной базы. Нами разработан метод мягкой неразрушающей абляции для перевода молекул ДНК в аэрозольную фазу при помощи терагерцевого излучения. В настоящей работе с помощью диффузионного спектрометра аэрозолей были проведены измерения размеров наночастиц ДНК в газовой фазе. Изменения, происходящие с ДНК в газовой фазе, были визуализированы при помощи атомно-силовой микроскопии (АСМ). Сопоставление измерений диффузионных размеров аэрозольных частиц плазмиды pUC18 и измерений с применением АСМ дает основания предполагать, что в газовой фазе происходит процесс конденсации молекул ДНК. Построена модель согласно закономерностям, предложенным современными представлениями о процессе конденсации ДНК и формирования глобулы. Теоретические расчеты хорошо совпали с экспериментальными результатами. Экспериментально оцененная персистентная длина ДНК в газовой фазе составила около 0,5 нм, что свидетельствует об отсутствии распределенного заряда на поверхности ДНК в газовой фазе и неионизирующем характере терагерцевого излучения. Исследование конформационных состояний ДНК в газовой фазе позволит расширить знания о закономерностях компактизации ДНК в естественных и искусственных условиях.

1. Анкилов А.Н., Бакланов А.М., Козлов А.С., Малышкин С.Б. Определение концентрации аэрозолеобразующих веществ в атмосфере // Оптика атмосферы и океана. 2000. Т. 13. № 6-7. С. 644–647.

2. Ветошкин А.Г., Таранцева К.Р. Технология защиты окружающей среды (теоретические основы). Пенза, 2004. 249 с.

3. Либенсон М.Н., Шандыбина Г.Д., Шахмин А.Л. Химический анализ продуктов абляции наносекундного диапазона // Журнал технической физики. 2000. Т. 70. Вып. 9. С. 124–127.

4. Пельтек С.Е., Попик В.М., Горячковская Т.Н., Мордвинов В.А., Петров А.К. Способ абляции целевой ДНК с поверхности ДНК-биочипов. Патент РФ № 2410439. 2009.

5. Тейф В.Б., Ландо Д.Ю. Конденсация ДНК, вызванная адсорбцией лигандов // Молекулярная биология. 2001. Т. 35. № 1. С. 117–119.

6. Флори П.Д. Статистическая механика цепных молекул. М., 1971.

7. Хохлов А.Р., Кучанов С.И. Лекции по физической химии полимеров. М., 2000.

8. Barbara A., Shehadeh-Masha’our R., Garzozi H.J. Laser ablation in eyes with congenital nystagmus // J. Refract. Surg. 2007. V. 23 (6). P. 623–625.

9. Baumann C.G., Smith S.B., Bloomfi eld V.A., Bustamante C. Ionic effects on the elasticity of single DNA molecules // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. V. 94. P. 6185– 6190.

10. Bloomfi eld V.A. DNA condensation // Curr. Opin. Struct. Biol. 1996. V. 6 (3). P. 334–341.

11. Conwell C.C., Vilfan I.D., Hud N.V. Controlling the size of nanoscale toroidal DNA condensates with static curvature and ionic strength. // PNAS. 2003. V. 100 (16). P. 9296–9301.

12. Gavrilov N.G., Knyazev B.A., Kolobanov E.I. et al. Status of the Novosibirsk high-power terahertz FEL // Nuclear instruments and methods in physics research. Sec. A. 2007. V. 575 (1/2). P. 54–57.

13. Hagerman P.J. Flexibility of DNA // Ann. Rev. Biophys.Biophys. Chem. 1988. V. 17. P. 265–286.

14. Klimenko S.M., Tikchonenko T.I., Andreev V.M. Packing of DNA in the head of bacteriophage T2 // J. Mol. Biol. 1967. V. 23 (3). P. 523–533.

15. Lyubchenko Y.L., Shlyakhtenko L.S. AFM for analysis of structure and dynamics of DNA and protein-DNA complexes // Methods. 2009. V. 47 (3). P. 206–213.

16. Manning G.S. The molecular theory of polyelectrolyte solutions with applications to the electrostatic properties of polynucleotides // Q. Rev. Biophys. 1978. V. 11. P. 179–246.

17. Mazur A.K. Evaluation of Elastic Properties of Atomistic DNA Models // Biophysical J. 2006. V. 91. P. 4507–4518.

18. Murphy L.D., Zimmerman S.B. Condensation and cohesion of lambda DNA in cell extracts and other media: implications for the structure and function of DNA in prokaryotes // Biophys. Chem. 1995. V. 57 (1). P. 71–92. Neidle S. DNA structure and recognition. Oxford: IRL Press, 1994. 147 p.

19. Piacenza M., Grimme S. Systematic quantum chemical study of DNA-base tautomers // J. Comput Chem. 2004. V. 25 (1). P. 83–99.

20. Post C.B., Zimm B.H. Internal condensation of a single DNA molecule // Biopolymers. 1979. V. 18. P. 1487–1501.

21. Raspaud E., Olvera de la Cruz M., Sikorav J.-L., Livolant F. Precipitation of DNA by Polyamines: A Polyelectrolyte Behavior // Biophysical J. 1998. V. 74. P. 381 393.

22. Rouzina I., Bloomfi eld V. Force-Induced Melting of the DNA Double Helix 1. Thermodynamic Analysis // Biophysical Journal. 2001. V. 80. P. 882–893.

23. Rueda M., Kalko S.G., Luque F.J., Orozco M. The structure and dynamics of DNA in the gas Phase // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125 (26). P. 8007–8014.

24. Sarkar T., Vitoc I., Mukerji I., Hud N.V. Bacterial protein HU dictates the morphology of DNA condensates produced by crowding agents and polyamines // Nucleic Acids Research. 2007. V. 35 (3). P. 951–961.

25. Schmutz M., Durand D., Debin A. et al. DNA packing in stable lipid complexes designed for gene transfer imitates DNA compaction in bacteriophage // PNAS. 1999. V. 96 (22). P. 12293–12298.

26. Senkan S., Kahn M., Duan S., Ly A., Leidholm C. Highthroughput metal nanoparticle catalysis by pulsed laser ablation // Catalysis Today. 2006. V. 117. P. 291–296.

27. Shotton M.W., Pope L.H., Forsyth T. et al. A high-angle neutron fi bre diffraction study of the hydration of deuterated ADNA // Biophys. Chem. 1997. V. 69. P. 85–96.

28. Wang W., Lin J., Schwartz D. Scanning force microscopy of DNA molecules elongated by convective fluid flow in an evaporating droplet // Biophys J. 1998. V. 75 (1). P. 513–520.

29. Wilson R., Bloomfi eld V. Counterion-induced condensation of deoxyribonucleic acid. A light-scattering study // Biochemistry. 1979. V. 18. P. 2192–2196.

30. Zheng J., Birktoft J.J., Chen Y. et al. From Molecular to Macroscopic via the Rational Design of a Self-Assembled 3D DNA Crystal // Nature. 2009. V. 461. P. 74–77.