Assim como qualquer cadeia longa de polímero, O DNA tende a formar nós. Usando tecnologia que lhes permite esticar moléculas de DNA e criar imagens do comportamento desses nós, Pesquisadores do MIT descobriram, pela primeira vez, os fatores que determinam se um nó se move ao longo do fio ou se "atola" no lugar.

"Pessoas que estudam física de polímeros sugeriram que os nós podem ser capazes de bloquear, mas não houve bons sistemas de modelo para testá-lo, "diz Patrick Doyle, o Professor Robert T. Haslam de Engenharia Química e o autor sênior do estudo. "Mostramos que o mesmo nó pode deixar de ser preso a ser móvel ao longo da mesma molécula. Você muda as condições e de repente para, e, em seguida, altere-os novamente e de repente ele se move. "

As descobertas podem ajudar os pesquisadores a desenvolver maneiras de desatar os nós de DNA, o que ajudaria a melhorar a precisão de algumas tecnologias de sequenciamento de genoma, ou para promover a formação de nós. A indução da formação de nós pode melhorar alguns tipos de sequenciamento ao desacelerar a passagem das moléculas de DNA pelo sistema, dizem os pesquisadores.

O pós-doutorado do MIT Alexander Klotz é o primeiro autor do artigo, que aparece na edição de 3 de maio de Cartas de revisão física .

Nós em movimento

Doyle e seus alunos têm estudado a física dos nós de polímero, como o DNA, por muitos anos. O DNA é adequado para tais estudos porque é uma molécula relativamente grande, tornando simples a imagem com um microscópio, e pode ser facilmente induzido a formar nós.

"Temos um mecanismo que faz com que as moléculas de DNA se colapsem em uma pequena bola, que quando nos esticamos contém nós muito grandes, "Klotz diz." É como enfiar os fones de ouvido no bolso e puxá-los cheios de nós. "

Uma vez que os nós se formam, os pesquisadores podem estudá-los usando um sistema microfluídico especial que eles projetaram. O canal tem a forma de um T, com um campo elétrico que diverge no topo do T. Uma molécula de DNA localizada no topo do T será puxada igualmente em direção a cada braço, forçando-o a permanecer no lugar.

A equipe do MIT descobriu que poderia manipular nós nessas moléculas de DNA fixadas variando a intensidade do campo elétrico. Quando o campo está fraco, os nós tendem a se mover ao longo da molécula em direção à extremidade mais próxima. Quando eles chegam ao fim, eles se desfazem.

"Quando a tensão não é muito forte, eles parecem estar se movendo aleatoriamente. Mas se você os assistir por tempo suficiente, eles tendem a se mover em uma direção, em direção à extremidade mais próxima da molécula, "Klotz diz.

Quando o campo é mais forte, forçando o DNA a se esticar totalmente, os nós ficam presos no lugar. Este fenômeno é semelhante ao que acontece com um nó em um colar de contas quando o colar é puxado com mais força, dizem os pesquisadores. Quando o colar está frouxo, um nó pode se mover ao longo dele, mas quando é esticado, as contas do colar ficam mais próximas e o nó fica preso.

"Quando você aperta o nó alongando mais a molécula de DNA, traz os fios mais próximos uns dos outros, e isso aumenta o atrito, "Klotz diz." Isso pode sobrecarregar a força motriz causada pelo campo elétrico. "

Remoção de nó

Os nós de DNA também ocorrem em células vivas, mas as células têm enzimas especializadas chamadas topoisomerases que podem desfazer esses nós. As descobertas da equipe do MIT sugerem uma possível maneira de remover nós do DNA fora das células com relativa facilidade, aplicando um campo elétrico até que os nós percorram todo o caminho até o final da molécula.

Isso pode ser útil para um tipo de sequenciamento de DNA conhecido como mapeamento de nanocanais, que envolve esticar o DNA ao longo de um tubo estreito e medir a distância entre duas sequências genéticas. Esta técnica é usada para revelar mudanças no genoma em grande escala, como duplicação de genes ou genes movendo-se de um cromossomo para outro, mas nós no DNA podem dificultar a obtenção de dados precisos.

Para outro tipo de sequenciamento de DNA conhecido como sequenciamento de nanopore, pode ser benéfico induzir nós no DNA, porque os nós fazem as moléculas desacelerarem à medida que viajam pelo sequenciador. Isso pode ajudar os pesquisadores a obter informações de sequência mais precisas.

Usar esta abordagem para remover nós de outros tipos de polímeros, como aqueles usados ​​para fazer plásticos, também pode ser útil, porque os nós podem enfraquecer os materiais.

Os pesquisadores agora estão estudando outros fenômenos relacionados aos nós, incluindo o processo de desatar nós mais complexos do que aqueles estudados neste artigo, bem como as interações entre dois nós em uma molécula.