Physiker haben etwas eingefangen, worüber Biologen seit zwei Jahrzehnten streiten: zwei DNA-Doppelhelices, die Nut für Nut zusammenreifen – samt des unsichtbaren Gerüsts, das dies ermöglicht.
DNA-Moleküle tragen dieselbe negative Ladung und müssten sich deshalb abstoßen. Trotzdem paaren sie sich in Zellen – ein Schritt, der für genetische Rekombination, Gen-Stilllegung und die Entstehung von Krebs entscheidend ist. Forschende der Universitäten York und Sheffield beobachteten mit hochauflösender Rasterkraftmikroskopie, wie sich kurze DNA-Fragmente ausrichten, und ließen anschließend Computersimulationen auf Atom-Ebene laufen, um den Grund zu finden.
Die Antwort, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Nucleic Acids Research: zweiwertige Metallionen. Die Simulationen zeigen, dass Ionen mit zwei positiven Ladungen in den Furchen der Helices sitzen und als winzige Brücken wirken, die beide Stränge gleichzeitig über die Lücke hinweg halten. Die Aufnahmen bestätigen das Modell des "DNA-Reißverschlusses", das vor rund zwanzig Jahren Alexey Kornyshev vom Imperial College London vorschlug: Salz-Ionen erzeugen wechselnde Ladungsmuster, durch die sich die Helices wie ineinandergreifende Wendeltreppen verzahnen.
Die Arbeit zeigt zudem, dass die Paarung nicht gleichmäßig abläuft. Manche Sequenzen bilden weit stärkere Kontakte als andere und erzeugen Hotspots, an denen sich zwei Helices besonders wahrscheinlich ausrichten – genau jene Genomregionen, die wichtig werden können, wenn Mutationen normale zelluläre Prozesse stören.
"Diese Entdeckung könnte helfen, Genomregionen zu identifizieren, die an der DNA-Paarung besonders beteiligt sind", sagte Agnes Noy von der Universität York, die die Forschung mitleitete. "Diese Regionen können dann besonders bedeutsam werden, wenn Mutationen normale zelluläre Prozesse stören und zu Krebs beitragen."
Über die Krebsbiologie hinaus verweist der Befund auf programmierbare Wechselwirkungen, mit denen sich womöglich maßgeschneiderte DNA-Strukturen entwerfen lassen. "Es war unglaublich, den lange vermuteten Mechanismus erstmals direkt sichtbar zu machen", sagte der Mitautor Thomas Catley aus Sheffield.
