Computersimuleringer animerer i atomare detaljer, hvordan DNA åbner sig

DNA-åbning opstår, når de molekylære "trin" på den berømte dobbelthelixstige går i stykker. Dette afgørende trin er kernen i mange livsprocesser, inklusive dem, der tillader celler at dele sig og reparere DNA.

Ved hjælp af en beregningsmetode kendt som "grovkornede" simuleringer, har forskere baseret på RIKEN i Japan med succes animeret et af de vigtigste trin i DNA-optrævlingen, kaldet "unzipping".

"Vores modeller repræsenterer DNA som strenge af små kugler forbundet af kilder, og vandet omkring dem som et tæt kontinuum," siger Masaki Susa fra RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences Program.

Forskerholdet brugte en supercomputer til at simulere bevægelsen af ​​en milliard DNA-basepar (eller "trin" på DNA-stigen). De fandt ud af, at disse små perler skubber rundt på en måde, der er slående i overensstemmelse med eksperimentelle målinger af DNA-fleksibilitet og elasticitet, hvilket giver tillid til, at deres metode fanger essensen af ​​DNA's fysiske adfærd.

"Vores beregninger afslører i detaljer, hvordan termisk bevægelse tillader DNA at åbne sig. Efterhånden som individuelle basepar går i stykker, afslører de enkeltstrenget "klæbende" DNA, der er klar til at binde med andre molekyler - et grundlæggende trin i DNA-behandling," siger teamleder Hiroshi Orland .

Det oplukkede segment blafrer derefter i det vandige miljø og vajer rundt som et flag. "Denne flagren er afgørende for at forstå dynamikken i DNA, da det er, hvordan DNA interagerer med proteiner og andre molekyler omkring det," siger Susa.

"Grovkornede" simuleringer er relativt hurtige, og holdet bruger nu denne teknik til at studere endnu større stykker DNA og simulere den fuldstændige åbning og lukning af disse dobbeltstrengede molekyler.

Forskningen vises i tidsskriftet Nucleic Acids Research.