Проведены эксперименты по малоугловому рассеянию нейтронов на ядрах клеток HeLa

Яшина Е.Г.

Аспирант кафедры ядерно-физических методов исследования СПбГУ, сотрудник ОИКС (НИЦ КИ – ПИЯФ), Екатерина Геннадьевна Яшина, в конце августа 2017 года провела эксперименты по малоугловому рассеянию нейтронов на ядрах клеток HeLa в научном нейтронном центре имени Хайнца Майера-Лейбница, Германия. HeLa — это линия «бессмертных» клеток, используемая во множестве научных исследований в области биологии и фармакологии. Линия была получена в 1951 году из раковой опухоли шейки матки пациентки по имени Henrietta Lacks (по начальным буквам имени названа линия HeLa), и по сей день в них можно поддерживать жизнь. Образцы ядер HeLa были приготовлены в лаборатории молекулярной биологии ОМРБ (НИЦ КИ – ПИЯФ) Е.Ю. Варфоломеевой и Р.А. Пантиной под руководством М.В. Филатова. В эксперименте использовалась техника вариации контраста, которая дала возможность исследовать хроматин (комплекс ДНК и белков) как одно целое и позволила разделить рассеяние на самой ДНК от рассеяния на белках, которые упаковывают ее в ядре. Для получения информации обо всех уровнях организации хроматина использовалось два инструмента: KWS-2 - высокопоточная малоугловая установка и KWS-3 - ультрамалоугловая установка.

Слева - фрактальное дерево Пифагора. Цветом указаны сечения дерева на каждом уровне ветвления, из которых состоит логарифмический фрактал (справа), описывающий закон роста дерева: «Все ветви дерева на каждом этапе его высоты, вместе взятые равны по толщине самому стволу».

Первенство в изучении крупномасштабной организации хроматина в ядре клетки методом малоуглового рассеяния нейтронов принадлежит сотрудникам нашего института из ОМРБ (НИЦ КИ – ПИЯФ) В.В. Исаеву-Иванову, Д.В. Лебедеву и др., [1]. 

С 2015 года Е.Г. Яшина активно развивает научную проблему, связанную с организацией ДНК и способе ее упаковки в ядре клетки, и, в данный момент, предложила модель, способная на качественно новом уровне интерпретировать результаты малоуглового рассеяния на крупномасштабной структуре хроматина в интерфазном ядре клетки [2].Модель подразумевает, что пространственная укладка ДНК представляет собой особый тип фрактала, называемый логарифмическим. Уместна аналогия со строением дерева в том смысле, что каждая складка ДНК-нити является веткой, дающей начало другим более мелким и многочисленным веткам-складкам. Число и плотность, и конечно, размер складок-веток зависит от их поколения.

Замороженная молния в блоке из акрила в форме фрактального дерева.

Следует отметить, что многие биологические объекты являются по своей структуре логарифмическими фракталами: примерами логарифмического фрактала является строение - разветвления бронхов в легких, артерий кровеносной системы и др. 

Кроме того, эксперименты по спин-эхо малоугловому рассеянию нейтронов (СЭМУРН) на ядрах куриных эритроцитов, сделанные в 2016 году, расширили окно возможностей метода малоуглового рассеяния нейтронов и не только подтвердили ранее полученные результаты, но и решили проблему агломерирования ядер исследуемых клеток. В настоящее время коллективом ученых ПИЯФ сформулированы технические характеристики требования к установке СЭМУРН на РК ПИК для ее эффективного использования при исследовании биологических объектов [3].

[1] Lebedev D.V., Filatov M.V., Kuklin A.I., Islamov A.K., Kentzinger E., Pantina R., Toperverg B.P., Isaev-Ivanov V.V., FEBS Letters 579 (2005).

[2] E. G. Iashina, E. V. Velichko, M. V. Filatov, W. G. Bouwman, C. P. Duif, A. Brulet, and S. V. Grigoriev, Phys. Rev. E 96, 012411, 2017

[3] E.G. Iashina, W.G. Bouwman, C.P. Duif, M .V. Filatov and S.V. Grigoriev, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 862 (2017) 012010