Zvětšit obrázek

Vlevo je nepoškozené vlákno DNA se dvěma sousedními thyminy. Tyto báze se za normální situace spojují dvěma vodíkovými můstky v komplementární pár s adeninem. Na obrázku vpravo je červeně označena nově vytvořená vazba (thyminový dimer), který vzniká zasažením UV světlem. Musí být opraven, jinak zavdá příčinu tomu, že se DNA v tomto místě zlomí, nebo že zde vznikne bodová mutace. V obou případech se jedná o příčiny předčasné buněčné smrti, ale také o příčiny, které podporují vznik jednoho z nejagresivnějších nádorů vůbec - nádoru kůže zvaného melanom. (Kresba: Bern Kohler, Ohio State University)

Ultrafialové záření (UV) má kratší vlnovou délku, než viditelné spektrum a zaujímá oblast vlnových délek od 400 - 10 nm. Fotony tohoto záření mají vysokou energii a mohou proto ničit chemické vazby. Nezřídka nás jeho účinky překvapí, pokud se oddáme nerozumnému slunění.

Chemikové z Ohio State University si se svými německými kolegy posvítili UV světlem na DNA. Podařilo se jim v reálném čase pozorovat, jak ultrafialové světlo tuto molekulu poškozuje. Byli zaskočeni ohromující rychlostí, jakou se to děje. Jde o okamžiky kratší než pikosekunda. Tyto děje tedy  probíhají v miliontině miliontiny sekundy!

Zvětšit obrázek

Thymin

Vědci studují poškozování DNA proto, aby pochopili procesy, které vedou ke spálení lidské kůže a také proto, aby zkoumali vznik kožních nádorů. Ukázalo se, že poškození závisí na postavení DNA vlákna v době, kdy na něj paprsek světla udeří. UV světlo předává svojí energii molekulám DNA. Někdy takové předání vede jen k navození stavu, který trvá relativně dlouho ale nic vážného nezpůsobí, to když se „energie navíc“ podaří molekule DNA postupně zbavit. 
Jindy ale předaná energie spustí chemickou reakci, která změní strukturu DNA. Dosud se předpokládalo, že molekuly DNA jsou excitovány energií UV proto, protože jsou dlouhé. Mělo se zato, že čím delší molekula je, tím větší má pravděpodobnost, že u ní dojde k trvalému poškození. Soudilo se, že čím je doba trvání excitovaného stavu delší, tím hoší jsou i následné škody. Tato studie ukázala pravý opak. Čím je excitace kratší, tím je poškození vážnější.
Poškození DNA mají na svědomí nepatrné molekulární vazby. Vznikají totiž v místech, kde by k nim dojít nemělo – mezi dvěma thyminy. Buňka sice disponuje opravným mechanismem, kterým vzniklé omyly opravuje, ale když jich je moc, nestíhá to. Potom replikace proběhne s chybami. Buňky s těžce poškozeným genetickým kódem hynou. Chronické poškozování ale zvyšuje pravděpodobnost takových poruch, které buňka přežije, ale které ji změní na buňku rakovinnou. Tak to je ona druhá mince našich snah mít do bronzova opálenou pleť.

V této studii chemikové použili techniku, která se nazývá přechodná absorpce. Principem je použití světla o definované vlnové délce, což umožní sledovat děje, které trvají kratší dobu, než jakou představuje pikosekunda. Vzali si k tomu předem připravené kousky vlákna DNA. Jedno sestavené pouze z thymidinových bází (zvýšili tak pravděpodobnost nepřirozené reakce mezi dvěma thyminy) a následně je vystavili záblesku UV světla. Sledovali, jak dlouhý čas je potřeba k tomu aby se vytvořila nová vazba.

Thyminový dimer

Nutno podotknout, že na rozdíl od našeho opékání se na slunci se zde jednalo trošku o jinou záležitost. Mnohé ale budou mít obě společné. V případě našeho opalování jde o pronikání UV paprsků do buněk, kde kromě vlivu na DNA ničí i další věci. U tohoto pokusu se jednalo o svícení přesně definovanými vlnovými délkami UV světla jen na „nahá“ vlákna DNA.

Zvětšit obrázek

Při slunění je vhodné si thymin zakrýt, je totiž k UV světlu nejcitlivější.

Je to poprvé, co se někomu podařilo pozorovat základ molekulárních dějů, které stojí za změnami v DNA. Pozorovat tyto změny v živé buňce je nemožné. Molekuly DNA se neustále ohýbají, kroutí, přeskupují. Jde o proces, při kterém jsou neustále odhalovány nové a nové částí DNA. Buňce to umožňuje „číst“ genetický kód právě na tom místě vlákna, kde to v danou chvíli potřebuje. To je princip spouštění, nebo tlumení činnosti našich genů. Neustálé mrskání DNA vláken a jejich následné schování se do spodních (svinutých) struktur je sice rychlé, ale reakce vedoucí k nesprávné vazbě navozené UV světlem je ještě mnohem rychlejší. K poškození DNA paprskem UV světla dochází ale jen v tom případě, když je DNA vlákno k úderu patřičně postaveno - když se paprsku postaví do cesty dva sousední thymidiny. Takový knokaut je pro DNA vražedný a mrskající se vlákno po něm „ztuhne“. Některé oblasti naší DNA se odhalují častěji, protože buňka s nimi potřebuje opakovaně pracovat. To také vysvětluje, proč jsou poškození v některých místech genomu častější. Je to v místech, kde se dva thyminy dostávají do postavení, které zvyšuje riziko jejich zásahu UV paprskem.

Pramen: Ohio State University