Как клетка копирует ДНК, не сбиваясь экспресс
Две бригады дорожных рабочих укладывают асфальт с разных концов улицы. Они движутся навстречу друг другу, и от их слаженности зависит, когда улица будет готова. Примерно так же клетка копирует свою ДНК перед делением — только вместо асфальта длинная молекулярная нить с инструкциями, а вместо рабочих — крошечные белковые комплексы, которые запускаются сразу во многих точках.
Но на пути могут встретиться жара, химическая преграда или повреждение. Рабочие замедляются, а иногда и вовсе останавливаются. В клетке происходит то же самое. Авторы исследования построили компьютерную модель такого конвейера для пекарских дрожжей — организма, который часто служит простой моделью живой клетки. В симуляции каждая «буква» ДНК была учтена отдельно, а поведение копиров задавалось вероятностными правилами: когда запуститься, с какой скоростью двигаться и сколько им доступно «топлива» — клеточных ресурсов.
Модель проверили на данных из обычных условий, а затем «подвергли» стрессу: повысили температуру, добавили химическое вещество гидроксимочевину, которое мешает копированию, или смоделировали повреждения ДНК. Оказалось, что всего два ключевых параметра — доступность ресурсов и разброс скоростей копиров — могут воспроизвести всё разнообразие ответов клетки на стресс. Когда скорости копиров немного различаются, время всего процесса начинает подчиняться особому статистическому закону — распределению Эрланга. Именно он порождает те самые редкие, но очень длительные задержки. Клетка словно держит резервные мощности на такой случай, чтобы в итоге всё равно завершить работу.
Так бригады на дороге могут задержаться из-за жары или нехватки материалов, но улица всё равно будет заасфальтирована. Клетка справляется с копированием ДНК по тому же принципу — и теперь мы лучше понимаем, как именно.
ДНК в каждой клетке человека, если её вытянуть, достигла бы двух метров в длину — и всё это нужно скопировать за несколько часов с ошибкой меньше одной буквы на миллиард.