Ny undersøgelse undersøger passagen af ​​knudret DNA gennem nanoporer

Enhver, der har været på en sejlbåd, ved, at binde en knude er den bedste måde at sikre et reb til en krog og forhindre glidning. Tilsvarende knuder i sytråde forhindrer dem i at glide gennem to stykker stof. Hvordan, derefter, kan lange DNA-filamenter, som har indviklet og meget sammenknyttet struktur, formår at passere gennem de små porer i forskellige biologiske systemer? Dette er det fascinerende spørgsmål behandlet af Antonio Suma og Cristian Micheletti, forskere ved International School for Advanced Studies (SISSA) i Trieste, som brugte computersimuleringer til at undersøge molekylets dynamik i sådanne situationer. Undersøgelsen er netop blevet offentliggjort i PNAS , tidsskriftet for National Academy of Sciences of the United States.

"Vores beregningsstudie kaster lys over de seneste eksperimentelle gennembrud inden for knudret DNA-manipulation, og tilføjer interessante og uventede elementer, " forklarer Micheletti. "Vi observerede først, hvordan sammenknyttede DNA-filamenter passerer gennem små porer med en diameter på omkring 10 nanometer (10 milliardtedele af en meter). Den adfærd, der blev observeret i vores simuleringer, var i god overensstemmelse med de eksperimentelle målinger opnået af et internationalt forskerhold ledet af Cees Dekker, som blev offentliggjort for kun få måneder siden i Natur bioteknologi . Disse avancerede og sofistikerede eksperimenter markerede et vendepunkt for forståelsen af ​​DNA-knyttning. Imidlertid, nuværende eksperimenter kan ikke opdage, hvordan DNA-knuder faktisk passerer gennem den smalle pore.

"Faktisk, fænomenet opstår over en lille rumlig skala, der er utilgængelig for mikroskoper. Det er grunden til, at vores gruppe tyede til det, den store tyske biofysiker Klaus Schulten kaldte 'beregningsmikroskopet,' ' det er, computersimuleringer."

Suma og Micheletti forklarer:"Simuleringerne afslørede, at passagen af ​​knuden kan ske på to forskellige måder:En hvor knuden er stram, og den anden hvor knuden er mere delokaliseret. I begge tilfælde knuden passerer ikke kun gennem poren, men det gør det på meget kort tid."

I øvrigt, knuden passerer normalt i de sidste stadier af translokationen, når det meste af DNA-strengen allerede er passeret. "Men der er noget mere, der er kontraintuitivt, " oplyser forfatterne. "Størrelsen af ​​knuden, om det er små eller store, synes ikke at påvirke poreobstruktionstiden meget. Sidstnævnte afhænger i stedet af translokationshastigheden, hvilken, på tur, afhænger af knudens begyndelsesposition langs filamentet." Disse resultater, siger forskerne, burde hjælpe med udformningen af ​​fremtidige eksperimenter, der undersøger den spontane binding af DNA, et stadig stort set uudforsket mødested, især med hensyn til størrelsen af ​​DNA-knuder.

At fremme vores nuværende forståelse af knob i biologiske molekyler er vigtigt for at klarlægge deres implikationer i biologiske sammenhænge såvel som i anvendelsesmæssige sammenhænge, såsom DNA-sekventering ved hjælp af nanoporer. Suma og Micheletti håber, at de lovende retninger foreslået af deres undersøgelse kan føre til en mere detaljeret og nøjagtig profilering af sammenfiltring i DNA, RNA og proteiner.