LEGO teknik afslører fysikken i DNA-transport gennem nanoporer

Polymerer er lange, kædelignende molekyler, som findes overalt i biologien. DNA og RNA er polymerer dannet af mange på hinanden følgende kopier af nukleotider koblet sammen. Når de transporteres i eller mellem celler, disse biologiske polymerer skal passere gennem huller på nanometerstørrelse kaldet "nanoporer".

Denne proces ligger også til grund for en hurtigt udviklende metode til at analysere og sekventere DNA kaldet nanopore sensing.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Naturfysik, viser, hvordan det Cavendish-ledede hold udviklede en ny LEGO-lignende teknik til at samle DNA-molekyler, der har fremspringende buler på bestemte steder i længden. Ved at føre disse DNA-molekyler gennem en nanopore og analysere samtidige ændringer i ionstrømmens mønster, forskerne fastslog med stor præcision, hvordan DNA'ets hastighed ændrer sig, når det bevæger sig igennem.

De eksperimentelle resultater afslørede en to-trins proces, hvor DNA-hastigheden indledningsvis sænkes, før den accelererede tæt på slutningen af ​​translokationen. Simuleringer demonstrerede også denne to-trins proces og hjalp med at afsløre, at den underliggende fysik af processen bestemmes ved at ændre friktionen mellem DNA'et og den omgivende væske.

"Vores metode til at samle LEGO-lignende molekylære DNA linealer har givet ny indsigt i processen med at tråde polymerer gennem utroligt små huller på kun få nanometer store, " forklarede seniorforfatter Dr. Nicholas Bell fra Cambridges Cavendish Laboratory. "Kombinationen af ​​både eksperimenter og simuleringer har afsløret et omfattende billede af den underliggende fysik i denne proces og vil hjælpe udviklingen af ​​nanopore-baserede biosensorer. Det er meget spændende, at vi nu kan måle og forstå disse molekylære processer i så små detaljer."

"Disse resultater vil hjælpe med at forbedre nøjagtigheden af ​​nanopore-sensorer i deres forskellige applikationer, for eksempel lokalisering af specifikke sekvenser på DNA med nanometer nøjagtighed eller påvisning af sygdomme tidligt med mål-RNA-detektion, " sagde hovedforfatter Kaikai Chen.

"Den overlegne opløsning ved at analysere molekyler, der passerer gennem nanoporer, vil give mulighed for lav-fejl afkodning af digital information, der er lagret på DNA. Vi udforsker og forbedrer anvendeligheden af ​​nanopore-sensorer til disse applikationer."