A água é o recurso natural mais abundante da Terra, mas também é um mistério devido às suas características únicas de solvatação - isto é, como as coisas se dissolvem nele.

"É adaptado exclusivamente para a biologia, e vice versa, "disse Poul Petersen, professor assistente de química e biologia química. "É super flexível. Dissipa energia e medeia interações, e isso está se tornando mais reconhecido em sistemas biológicos. "

Como a água se relaciona e interage com esses sistemas - como o DNA, o bloco de construção de todas as coisas vivas - é de importância crítica, e o grupo de Petersen usou uma forma relativamente nova de espectroscopia para observar uma característica até então desconhecida da água.

"A espinha quiral de hidratação do DNA, "publicado em 24 de maio na revista American Chemical Society Ciência Central , relata a primeira observação de uma superestrutura de água quiral em torno de uma biomolécula. Nesse caso, a estrutura da água segue a icônica estrutura helicoidal do DNA, que em si é quiral, o que significa que não é sobreposto em sua imagem no espelho. A quiralidade é um fator chave na biologia, porque a maioria das biomoléculas e produtos farmacêuticos são quirais.

"Se você quiser entender a reatividade e a biologia, então não é apenas água por conta própria, "Petersen disse." Você quer entender a água ao redor das coisas, e como ele interage com as coisas. E particularmente com biologia, você quer entender como ele se comporta em torno do material biológico - como proteínas e DNA. "

A água desempenha um papel importante na estrutura e função do DNA, e sua concha de hidratação tem sido objeto de muitos estudos. Simulações de dinâmica molecular mostraram uma ampla gama de comportamentos da estrutura da água no sulco menor do DNA, a área onde os backbones da fita helicoidal estão próximos.

O trabalho do grupo empregou espectroscopia de geração de frequência de soma quiral (SFG), uma técnica que Petersen detalhou em um artigo de 2015 na Journal of Physical Chemistry . SFG é um método óptico não linear no qual dois feixes de fótons - um infravermelho e um visível - interagem com a amostra, produzindo um feixe SFG contendo a soma das frequências dos dois feixes, ou energias. Nesse caso, a amostra era uma fita de DNA ligada a um prisma revestido de silicone.

Mais manipulação dos feixes e cálculos provaram a existência de uma superestrutura quiral de água em torno do DNA.

Além da novidade de observar um molde de estrutura quiral da água por uma biomolécula, chiral SFG fornece uma maneira direta de examinar a água na biologia.

"As técnicas que desenvolvemos fornecem um novo caminho para estudar a hidratação do DNA, bem como outras estruturas quirais supramoleculares, "Petersen disse.

O grupo admite que a relevância biológica de sua descoberta não é clara, mas Petersen acredita que a capacidade de examinar diretamente a água e seu comportamento dentro dos sistemas biológicos é importante.

"Certamente, engenheiros químicos que estão projetando sistemas biomiméticos, examinando a biologia e tentando encontrar aplicações como a filtragem de água se preocupariam com isso, " ele disse.

Outro aplicativo, Petersen disse, poderia ser na criação de melhores materiais anti-incrustação, que são resistentes ao acúmulo de microrganismos, algas e semelhantes em superfícies molhadas.