מחקר בגובה העיניים
מחקר בגובה העיניים
עובדות ומספרים


כיצד DNA באורך מילימטר נארז בתא בגודל מיקרון?
שנים רבות שיערו החוקרים שהכרומטין, כלומר ה-DNA וחלבונים נלווים, מוכל בתא באופן אקראי, כמעין ספגטי העשוי מאטרייה ארוכה להפליא. מחקר זה תומך במודל חלופי הנקרא "הכדור המקומט/פרקטלי"
ה-DNA המכיל את הקוד הגנטי של כל יצור חי, אשר יחד עם החלבונים הנלווים בתא ידוע בשם כרומטין, הינו מולקולה ארוכה אשר דחוסה בנפח קטן. בחיידקים למשל, אורכו של ה-DNA הינו כ-1 מילימטר, כאשר גודל החיידק הוא כ-1 מיקרון (מיליונית המטר): כהקבלה, דמיינו חבל באורך 10 קילומטר ובעובי 1 סנטימטר נארז לתוך מטען של משאית תובלה. במשך זמן רב האמינו החוקרים כי הכרומטין מוכל בתא באופן אקראי, כמו גוש ספגטי סבוך העשוי מאטרייה אחת ארוכה; הבעיה היא שלא ברור כיצד תהליכים כמו התבטאות גנים (כלומר סנתוז חלבונים על סמך הקוד הגנטי) ושכפול DNA, הדורשים גישה של מכונות התא לאזורים מסוימים בקוד, יכולים להתרחש במצב זה. מנגד ישנו הרעיון (הפופולרי בספרי ביולוגיה) שלפיו המולקולה מאורגנת בסדרת קיפולים היררכיים והמבנה נשלט ומתוחזק בכל עת על ידי מכונות התא, אם כי אין הוכחות לסידור זה ולא ברור אם ישנן מספיק מכונות בתא כדי לשלוט בכל דרגות החופש של מבנה כזה. באופן מפתיע, ייתכן שהפתרון טמון בפיזיקת פולימרים. לפי מודל הנקרא "הכדור המקומט/פרקטלי" (crumpled/fractal globule), ה-DNA שבתא מתנהג כפולימר ארוך אשר קורס לאט מאוד לתוך עצמו (לאט הרבה יותר ממחזור החיים של התא), ויוצר קפלים תוך כדי כך. תחילה נוצרים קפלים קטנים מהחלקים הכי קרובים לאורך הפולימר, אחר כך הקפלים מתקפלים זה על זה וכן הלאה עד ליצירת "כדור". מבנה זה מונע סביכות של הכרומטין ובכך מאפשר קיום תהליכים שגרתיים, ובנוסף אינו דורש התערבות של מכונות התא ביצירתו ושימורו. אנו משתמשים במיקרוסקופיית קורלציה פלואורסצנטית ברזולוציית-על (super-resolution) בכדי למדוד את המבנה של הכרומטין הבקטריאלי. המדידה מתבצעת בשבבים מיקרו-פלואידיים (micro-fluidic chips) מסיליקון, שבהם ניתן לכלוא חיידקים בודדים בתאים ובהם לשחרר את הכרומטין, לצבוע את ה-DNA בפלואורופורים (כימיקלים המאפשרים צביעה ומעקב) ולסרוק אותו בעזרת מיקרוסקופ הלייזר ברזולוציית-על. ניתוח סטטיסטי מסוים של התמונות המתקבלות במדידה מאפשר חילוץ מאפיינים מבניים של הכרומטין, שאותם ניתן להשוות לתחזיות של מודלים שונים. עד כה מצאנו שמודל הכדור הפרקטלי מתאר את הנתונים שלנו כראוי.