Ученые впервые измерили массу человеческих хромосом

Британские физики с помощью рентгеновского сканирования показали, что масса человеческой хромосомы в несколько раз больше ожидаемой – что может говорит о неизвестных науке ее компонентах.

Исследователи из Университетского колледжа Лондона на синхротроне Diamond Light Source в Оксфорде смогли измерить вес всех 46 человеческих хромосом – элементов клетки, содержащих инструкции для каждой клетки тела.

Рентгеновское их облучение показало, что они в 20 раз тяжелее, чем ДНК, которую они содержат. Это позволяет предполагать, что возможно, хромосомы содержат ряд еще неизвестных науке компонентов – кроме ДНК и белков, обеспечивающих среди прочего, чтение и "упаковку" аминокислот.

Результатами своего исследования ученые поделились в журнале Genome Research. "Наши измерения предполагают, что 46 хромосом в каждой из наших клеток весят 242 пикограмма (одна триллионная грамма – Газета.Ru). Это больше, чем мы предполагали, и если результаты будут (независимо экспериментально – Газета.Ru) подтверждены, может указывать на необъяснимую избыточную массу хромосом" - отмечает ведущий автор исследования, профессор Лондонского центра нанотехнологий Университетского колледжа Лондона Иэн Робинсон.

Для того, чтобы провести подобные измерения, исследователи использовали метод рентгеновской птихографии. В нем образец постепенно облучается с помощью яркого рентгеновского луча. Исследователи получают на детекторе набор дифрактограмм - картин распределения излучения, позволяющих получить пространственный портрет участка – от частично перекрывающихся точек изучаемого объекта. Полученные дифрактограммы затем совмещают.

Как результат, получается 3D-картина объекта.

Хромосомы B- и T-лимфоцитов (клеток иммунной системы) облучали при комнатной температуре в метафазе – непосредственно перед тем, как они разделятся на хроматиды, дочерние клетки. "Так как в ДНК содержатся только атомы легких элементов, содержащих одинаковое число протонов, нейтронов и электронов, количество измеренных с помощью птихографии электронов будет в точности равно половине количества атомных единиц массы", - отмечают ученые в своей статье.

Птихография помогла исследователям определить электронную плотность - число электронов - в отдельной хромосоме. Масса покоя электрона – одна из основополагающих физических констант, поэтому ученые смогли без затруднений вычислить искомую массу хромосомы.

Ученым удалось построить "рентгеновские" кариотипы – полные хромосомные наборы - как для клеток, помеченных тяжелыми металлами для лучшей визуализации, так и для "обычных". Средняя масса первой хромосомы составила 10,9 пикограмм при ожидаемой в 1,74. Семикратная разница, считают ученые, может указывать на неучтенные белковые составляющие хромосомы.

Это далеко не первое исследование рентгеновской птихографии для изучения хромосом – первые предварительные данные об их массе были получены той же группой исследователей в 2015 году. Не менее часто метод используется для получения неинвазивным способом изображений – как клеток, так даже и их ядер. Находит метод применение и в медицинских исследованиях – так, с его помощью группа немецких ученых измерила содержание кальция в человеческих костях. Ранее птихография нашла свое место в материаловедении: с ее помощью исследовали как цемент, так и шелк.