Físicos da Universidade de Basel desenvolveram um novo método para examinar a elasticidade e as propriedades de ligação das moléculas de DNA em uma superfície em temperaturas extremamente baixas. Com uma combinação de espectroscopia de crio-força e simulações de computador, eles foram capazes de mostrar que as moléculas de DNA se comportam como uma cadeia de pequenas molas helicoidais. Os pesquisadores relataram suas descobertas em Nature Communications .

O DNA não é apenas um tópico de pesquisa popular porque contém o projeto da vida - ele também pode ser usado para produzir componentes minúsculos para aplicações técnicas. Em um processo conhecido como origami de DNA, os cientistas podem manipular o material genético de tal forma que dobrar os filamentos de DNA cria minúsculas estruturas bidimensionais e tridimensionais. Eles podem ser usados, por exemplo, como recipientes para substâncias farmacêuticas, como tubos condutores e como sensores altamente sensíveis.

Medição em baixas temperaturas

Para ser capaz de formar as formas desejadas, é importante estar familiarizado com a estrutura, a elasticidade e as forças de ligação dos componentes do DNA que estão sendo usados. Esses parâmetros físicos não podem ser medidos à temperatura ambiente, porque as moléculas estão em constante movimento.

O mesmo não acontece em baixas temperaturas:a equipe liderada pelo Professor Ernst Meyer do Swiss Nanoscience Institute e do Departamento de Física da University of Basel agora usou a microscopia de força crio pela primeira vez para caracterizar moléculas de DNA e examinar suas forças de ligação e elasticidade.

Separado peça por peça

Os cientistas colocaram apenas alguns filamentos de DNA de nanômetros contendo nucleotídeos de 20-citosina em uma superfície de ouro. A uma temperatura de 5 Kelvin, uma extremidade da fita de DNA foi então puxada para cima usando a ponta de um microscópio de força atômica. No processo, os componentes individuais do fio se libertaram da superfície aos poucos. Isso permitiu aos físicos registrar sua elasticidade, bem como as forças necessárias para separar as moléculas de DNA da superfície de ouro.

"Quanto mais longo o pedaço de DNA separado, quanto mais macio e elástico o segmento de DNA se torna, "explica o autor principal, Dr. Rémy Pawlak. Isso ocorre porque os componentes individuais do DNA se comportam como uma cadeia de múltiplas molas conectadas entre si. Graças às medições, os pesquisadores foram capazes de determinar a constante da mola para os componentes individuais do DNA.

Simulações de computador esclarecem que o DNA é separado descontinuamente da superfície. Isso se deve à quebra das ligações entre as bases da citosina e o esqueleto do DNA da superfície do ouro, e seus movimentos abruptos sobre a superfície dourada. Os valores teóricos de elasticidade se correlacionam intimamente com os experimentos e confirmam o modelo de molas dispostas em série.

Os instantâneos fornecem uma visão

Os estudos confirmam que a espectroscopia de crio-força é muito adequada para examinar as forças, elasticidade e propriedades de ligação de fitas de DNA em superfícies em baixas temperaturas.

"Tal como acontece com a microscopia eletrônica criogênica, tiramos um instantâneo com espectroscopia de força criogênica, que nos dá uma visão sobre as propriedades do DNA, "explica Meyer." No futuro, também poderíamos fazer uso de imagens de microscópio de sonda de varredura para determinar as sequências de nucleotídeos. "