Прокариотическая ДНК-полимераза хуже работает в невесомости

У организмов, находящихся в космосе, ДНК мутирует чаще, чем на Земле, в первую очередь из-за воздействия космического излучения. Однако до сих пор неизвестно, как микрогравитация влияет на способность ДНК-полимеразы реплицировать ДНК и репарировать повреждения. Понимание того, как невесомость воздействует на целостность генома, важно для будущих долговременных космических миссий.

В поисках ответа на этот вопрос канадские ученые спроектировали небольшую полуавтоматическую лабораторию, которую установили в самолет для имитации условий невесомости. С ее помощью можно заставить ДНК-полимеразу Escherichia coli реплицировать фрагмент ДНК из 1000 нуклеотидов за тот период времени, когда предметы в самолете находятся в условиях микрогравитации. Лабораторию сделали достаточно простой, чтобы с ней мог работать исследователь, испытывающий тошноту в полете. Использовали фрагменты Кленова с 3'–5' экзонуклеазной активностью и без. В конце эксперимента подсчитывали количество замен, инсерций и делеций.

Авторы показали, что для полимеразы с 3'–5' экзонуклеазной активностью точность репликации уменьшилась в 1,1 раз, а без экзонуклеазной активности — в 2,4 раза, когда речь идет о заменах. Делеции происходили в 1,1 и 1,5 раз чаще. Инсерции встречались слишком редко для статистического анализа.

Таким образом, невесомость отрицательно воздействовала на точность прокариотической ДНК-полимеразы. Можно предположить, что микрогравитация — это ДНК-стрессор, но механизм ее действия неясен. Даже 3'–5' экзонуклеазная активность не могла полностью компенсировать ее эффект. Авторы предполагают, что проблема может быть в изменении конформации фермента и субстрата или в снижении конвективного потока, который влияет на локальную концентрацию dNTP. Пока неизвестно, распространяется ли действие микрогравитации на другие про- и эукариотические полимеразы. Есть опасения, что эффект сохранится для полимераз в митохондриях человека. Уже сейчас известно, что митохондрии в условиях микрогравитации производят больше активных форм кислорода.