A pesquisa apresentada em um novo artigo coautorizado pelo professor associado de engenharia mecânica da Northwestern University, Sandip Ghosal, lança uma nova luz sobre como os polímeros cruzam poros minúsculos dez mil vezes menores que um cabelo humano.
Essas descobertas podem impulsionar uma compreensão mais profunda da biofísica das células vivas, a medição das propriedades do polímero em diversas indústrias químicas, como fabricação de plásticos e processamento de alimentos, e o projeto de biossensores.
No jornal publicado em 30 de agosto em Nature Communications , Ghosal e seus co-autores apresentam dados que mostram como a velocidade do DNA muda conforme ele entra ou sai de um nanopore. Surpreendentemente, o experimento mostrou que as moléculas de DNA se movem mais rápido quando entram em um nanopore (translocação para frente) e mais devagar quando saem (translocação para trás).
O que está acontecendo com o DNA, Ghosal explica, é algo familiar aos engenheiros mecânicos:um conceito chamado "flambagem, "estudado por grandes mentes científicas como Leonhard Euler e Daniel Bernoulli há mais de dois séculos, mas raramente estudado em nível molecular.
Ghosal e seus colaboradores concluíram que as moléculas de DNA se dobram sob a influência de forças compressivas ao entrar no nanopore, mas são puxados diretamente por forças de tração quando se movem na direção oposta. A diferença resultante na configuração geométrica resulta em maior arrasto hidrodinâmico na molécula no último caso.
O estudo foi motivado pelo desejo de compreender, em detalhe, a mecânica da passagem de uma molécula de DNA através de um nanoporo, um assunto de rica curiosidade científica e conjecturas.
"Queríamos saber o que está acontecendo com o DNA e por quê, "diz Ghosal, que também tem um cargo de cortesia no Departamento de Ciências da Engenharia e Matemática Aplicada.
Em vez de simplesmente determinar a velocidade média de translocação do DNA, Colaboradores de Ghosal no Reino Unido - Ulrich F. Keyser, Maria Ricci, Kaikai Chen, da Universidade de Cambridge, e Nicholas A.W. Sino, agora da Universidade de Oxford, projetou um experimento inovador para revelar a variação real da velocidade do DNA, inserindo marcadores ao longo da molécula de DNA. Essa "régua de DNA" permitiu aos pesquisadores medir a velocidade de translocação a cada instante. Para coletar grandes quantidades de dados em um período de tempo relativamente curto, os pesquisadores repetidamente inverteram a voltagem através do poro, enviar o DNA para dentro e para fora do nanopore em um modo "ping-pong".
O trabalho do grupo baseia-se na técnica de "pulso resistivo" introduzida há quase 20 anos para detectar e caracterizar moléculas individuais. Desde então, essa ideia foi aplicada a uma variedade de pesquisas, incluindo a busca por um método ultrarrápido de sequenciamento de DNA e o esforço para medir rapidamente as propriedades mecânicas das células.
Ghosal descreve o trabalho de sua equipe como um potencial "primeiro passo para estender o método de pulso resistivo para determinar as características mecânicas dos polímeros".
Embora Ghosal admita que o trabalho em si é puramente uma pesquisa orientada pela curiosidade projetada para sondar o que mais pode ser feito com a técnica de pulso resistivo, as descobertas podem, no entanto, ter aplicações no mundo real em qualquer área onde a medição das propriedades do polímero seja importante.
"Cada polímero tem uma carga característica na qual ele se dobrará e, Portanto, a diferença entre os tempos de translocação para frente e para trás fornece uma maneira de medir a rigidez de flexão dos polímeros, "Disse Ghosal." É incrivelmente emocionante que agora podemos observar isso, "Diz Ghosal.
