In der Studie wurden menschliche Chromosomen geröntgt. (Bhartiya et al., Chromosomenforschung, 2021) Zum ersten Mal konnten Wissenschaftler die Masse des menschlichen Chromosoms genau messen.
Mithilfe einer leistungsstarken Röntgenquelle an der nationalen Synchrotron-Wissenschaftseinrichtung des Vereinigten Königreichs, der Diamond Light Source, konnten Physiker die individuellen Massen aller 46 Chromosomen in menschlichen Zellen bestimmen.
Es wurde festgestellt, dass die Massen deutlich höher waren als erwartet – etwa 20-mal höher als die darin enthaltene DNA – was wahrscheinlich die zusätzliche Masse anderer unbekannter Elemente in den Chromosomen widerspiegelt, die wir noch entdecken müssen, vermuten die Forscher.
„Die Masse der DNA kennen wir aus dem Humangenomprojekt, aber dies ist das erste Mal, dass wir die Massen der Chromosomen, die diese DNA enthalten, genau messen konnten.“ sagte der Biophysiker Ian Robinson des University College London.
„Unsere Messung legt nahe, dass die 46 Chromosomen in jeder unserer Zellen 242 Pikogramm (Billionstel Gramm) wiegen.“ „Das ist schwerer, als wir erwarten würden, und wenn es repliziert wird, deutet es auf ungeklärte überschüssige Masse in den Chromosomen hin.“
Chromosomen sind kleine fadenförmige DNA-Pakete, die in den Zellkernen lebender Organismen vorkommen. Jedes Chromosom enthält ein DNA-Molekül, das wiederum die genetischen Anweisungen für die Entwicklung und das Leben dieses Organismus enthält.
Der Mensch hat 23 Chromosomenpaare, was 22 Paaren nummerierter Chromosomen entspricht ( Autosomen ) und ein Paar Geschlechtschromosomen.
Chromosomen verhindern, dass sich die DNA im Inneren auflöst, und tragen dazu bei, ihre Struktur während des Zellreplikationsprozesses aufrechtzuerhalten.
Chromosomen wurden erstmals im 19. Jahrhundert entdeckt und seitdem haben Wissenschaftler viel über ihre Rolle bei der Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit lebender Organismen gelernt. Es gibt jedoch vieles, was wir immer noch nicht verstehen. In diesem Fall verwendeten Wissenschaftler eine Technik namens hartes Röntgen Ptychographie um ihr Inneres zu erforschen.
Dabei wird eine Art Teilchenbeschleuniger namens Synchrotron verwendet, um einen starken Röntgenstrahl zu erzeugen. Wenn diese Röntgenstrahlen die Chromosomen passieren, erzeugt ihre Beugung ein Interferenzmuster, das Wissenschaftler nutzen können, um eine hochauflösende 3D-Rekonstruktion dieses Chromosoms zu erstellen.
Die Forscher bildeten menschliche weiße Blutkörperchen ab Metaphase (eine Phase im Zellzyklus, in der sich die Chromosomen verdichten) und kurz vor der Zellteilung, wenn die 46 Chromosomen in jeder Zelle die darin enthaltene DNA fest verpackt haben.
Mit dieser Technik konnten die Forscher die Anzahl der Elektronen bzw. die Elektronendichte im Chromosom bestimmen. Die Masse der Elektronen ist bekannt; in der Tat, die Ruhemasse der Elektronen ist eine der grundlegenden physikalischen Konstanten. Das Forschungsteam konnte daraus die Masse des Chromosoms berechnen.
Es ist nicht ganz klar, was für die unerwartete Masse verantwortlich sein könnte, die die Forscher gefunden haben, aber die Erkenntnisse hier könnten unsagbare Vorteile für die Wissenschaft haben und uns dabei helfen, besser zu verstehen, wie unser Körper funktioniert und warum manchmal etwas schief geht.
„Ein besseres Verständnis der Chromosomen könnte wichtige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben“, sagte die Biowissenschaftlerin Archana Bhartiya des University College London.
„Zur Diagnose werden in medizinischen Labors zahlreiche Chromosomenstudien durchgeführt Krebs aus Patientenproben. Jede Verbesserung unserer Fähigkeit, Chromosomen abzubilden, wäre daher äußerst wertvoll.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Chromosomenforschung .