Laser pincet ontrafelt bacterieel DNA

Laser pincet ontrafelt bacterieel DNA
Natuurkundigen van de Vrije Universiteit in Amsterdam hebben een optisch pincet ontworpen, waarmee ze twee DNA-moleculen onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen. Met dit nieuwe gereedschap ontdekten ze hoe het eiwit H-NS bacterieel DNA bijeen houdt, zonder celprocessen zoals replicatie en transcriptie in de weg te staan. Het onderzoek is verschenen in het tijdschrift Nature van 16 november.

Een molecuul pak je niet zomaar beet, laat staan dat je het ene molecuul even van het ander aftrekt. Gijs Wuite en collega's gebruikten hiervoor een optisch pincet. Ze bonden vier kunststof micro-bolletjes aan de uiteinden van twee DNA-strengen. Door laserstralen te richten op die bolletjes, konden ze kracht op de bolletjes uitoefenen en ze vasthouden of juist verplaatsen. De specifieke eigenschappen van een laserstraal maken dat het bolletje precies in de bundel van de laser blijft plakken. Tot voor kort kon de pincet zo slechts één molecuul tegelijk vasthouden, maar een rouleersysteem bood uitkomst. De Amsterdamse fysici lieten de laserstralen zo snel tussen de vier bolletjes wisselen, dat deze zich tussentijds niet aan de optische krachten konden onttrekken.



Vergelijkbaar met histonen
Met de roulerende laserpincet en een microscoop keken ze naar de organisatie van het erfelijk materiaal. Aan twee vastgehouden DNA-moleculen voegden ze een eiwit dat DNA bindt, namelijk H-NS (Histon-achtig Nucleoide Structurerend eiwit). Daaruit kwam naar voren dat H-NS als een brug kan vormen tussen twee DNA-moleculen. Eerder was al bekend dat het eiwit betrokken is bij het bij elkaar houden van bacterieel DNA, maar hoe was tot nu toe niet duidelijk. Hoewel er geen sprake is van homologie, speelt H-NS een vergelijkbare rol als histonen doen bij meercellige organismen.


Laser is niet enige hulpmiddel
De binding tussen H-NS en de DNA-helices bleken trouwens niet erg stabiel. Slechts enkele piconewton waren nodig om het geheel los te ritsen. Dat is maar goed ook, want zo blijft het DNA tenminste toegankelijk voor celmachicherie die het DNA moet repareren, aflezen of verdubbelen, zoals RNA- en DNA-polymerases. Deze enzymen zijn krachtig genoeg om H-NS zo nodig aan de kant te duwen.
Het laser pincet is niet het enige hulpmiddel om moleculen te hanteren. Biofysici van de TU Delft werken met een magnetisch pincet. Zij bestuderen daarmee de werking van zogeheten topoisomerases, enzymen die eveneens de organisatie van DNA reguleren. Voor de Amsterdammers was de magnetische variant geen optie, omdat meerdere magnetische bolletjes altijd samen zullen reageren op magnetische krachten.


^{bron: Kennislink.nl}

Afbeelding:
Een optisch pincet van vier laserstralen houdt twee DNA-strengen beet. De laserstralen (rood) houden de kunststof bolletjes op hun plaats, terwijl H-NS (groen) als een brug de strengen met elkaar verbindt. Bron: Laser Centrum, VU Amsterdam