p (Phys.org) —Na década de 1960, O Prêmio Nobel Pierre-Gilles de Gennes postulou que algum dia os pesquisadores poderiam testar suas teorias de redes de polímeros observando moléculas únicas. Os pesquisadores da Brown observaram moléculas únicas de DNA sendo atraídas pelos nanoporos por corrente elétrica e descobriram por que elas costumam viajar de cabeça para baixo. p Se você quer entender um romance, ajuda começar do início, em vez de tentar retomar o enredo de algum lugar no meio. O mesmo vale para a análise de uma fita de DNA. A melhor maneira de entender isso é olhar para ele da cabeça à cauda.

p Felizmente, de acordo com um novo estudo realizado por físicos da Brown University, As moléculas de DNA têm uma tendência conveniente para cooperar.

p A pesquisa, publicado no jornal Cartas de revisão física , analisa a dinâmica de como as moléculas de DNA são capturadas por nanoporos de estado sólido, minúsculos orifícios que logo podem ajudar a sequenciar o DNA na velocidade da luz. O estudo descobriu que quando uma fita de DNA é capturada e puxada através de um nanoporo, é muito mais provável que a jornada comece em uma de suas extremidades, em vez de ser agarrado em algum lugar no meio e puxado em uma configuração dobrada.

p "Achamos que este é um avanço importante para a compreensão de como as moléculas de DNA interagem com esses nanoporos, "disse Derek Stein, professor assistente de física na Brown, que realizou a pesquisa com os alunos de pós-graduação Mirna Mihovilivic e Nick Haggerty. "Se você quiser fazer o sequenciamento ou alguma outra análise, você quer que a molécula passe pelo poro da cabeça à cauda. "

p As pesquisas sobre o sequenciamento de DNA com nanoporos começaram há pouco mais de 15 anos. O conceito é bastante simples. Um pequeno buraco, alguns bilionésimos de metro de diâmetro, é espetado em uma barreira que separa duas piscinas de água salgada. Uma corrente elétrica é aplicada ao longo do orifício, que ocasionalmente atrai uma molécula de DNA flutuando na água. Quando isso acontecer, a molécula é chicoteada através do poro em uma fração de segundo. Os cientistas podem então usar sensores nos poros ou outros meios para identificar bases de nucleotídeos, os blocos de construção do código genético.

p A tecnologia está avançando rapidamente, e os primeiros dispositivos de sequenciamento nanopore devem estar no mercado em breve. Mas ainda existem questões básicas sobre como as moléculas se comportam no momento em que são capturadas e antes.

p "O que as moléculas estavam fazendo antes de serem capturadas era um mistério e uma questão de especulação, "Stein disse." E gostaríamos de saber porque se você está tentando projetar algo para controlar aquela molécula - para fazer com que ela faça o que você quer - você precisa saber o que está fazendo. "

p Para descobrir o que essas moléculas estão fazendo, os pesquisadores monitoraram cuidadosamente 1, 000 ocorrências de uma molécula passando por um nanoporo. A corrente elétrica através do poro fornece um sinal de como a molécula passou. As moléculas que passam primeiro pelo meio têm que ser dobradas para passar. Essa configuração dobrada ocupa mais espaço no poro e bloqueia mais a corrente. Então, olhando para as diferenças no atual, Stein e sua equipe puderam contar quantas moléculas passaram pela cabeça primeiro e quantas começaram em algum lugar no meio.

p O estudo descobriu que as moléculas têm várias vezes mais probabilidade de serem capturadas no final ou muito perto dele do que em qualquer outro ponto ao longo da molécula.

p "O que descobrimos foi que as extremidades são lugares especiais, "Stein disse." O meio é diferente de um fim, e isso tem uma consequência para a probabilidade de uma molécula iniciar sua jornada do final ou do meio. "

p Sempre espaço para Jell-O

p Acontece que existe uma velha teoria que explica muito bem esses novos resultados experimentais. É a teoria da Jell-O.

p Jell-O é uma rede de polímero - uma massa de fios de polímero ondulados que se ligam uns aos outros em junções aleatórias. Os fios ondulados são a razão de Jell-O ser jiggly, semi-sólido. A maneira como as fitas de polímero se conectam não é diferente da maneira como uma fita de DNA se conecta a um nanoporo no instante em que é capturada. Na água, As moléculas de DNA são misturadas em rabiscos aleatórios, muito parecido com as moléculas de gelatina no Jell-O.

p "Existe uma teoria poderosa que descreve quantas maneiras os polímeros em Jell-O podem se organizar e se anexar, "Stein disse." Isso acaba sendo perfeitamente aplicável ao problema de onde essas moléculas de DNA são capturadas por um nanoporo. "

p Quando aplicado ao DNA, a teoria da Jell-O prevê que, se você contar todas as configurações possíveis de uma fita de DNA no momento da captura, você descobriria que existem mais configurações nas quais ele é capturado por seu final, em comparação com outros pontos ao longo da vertente. É um pouco como as chances de conseguir um par no pôquer em comparação com as chances de obter uma trinca. É mais provável que você obtenha um par simplesmente porque há mais pares no baralho do que triplos.

p Essa medida de todas as configurações possíveis - uma medida do que os físicos se referem como entropia da molécula - é tudo o que é necessário para explicar por que o DNA tende a ir primeiro. Alguns cientistas especularam que talvez os fios fossem menos propensos a passar pelo meio, porque dobrá-los ao meio exigiria energia extra. Mas essa energia dobrável parece não ter nenhuma importância. Como Stein coloca, "O número de maneiras pelas quais uma molécula pode se encontrar com a cabeça enfiada no poro é simplesmente maior do que o número de maneiras pelas quais ela pode se encontrar com o meio tocando o poro."

p Essas teorias de redes poliméricas já existem há algum tempo. Eles foram propostos pela primeira vez pelo ganhador do Prêmio Nobel Pierre-Gilles de Gennes na década de 1960, e Bertrand Duplantier fez avanços importantes na década de 1980. Mihovilivic, Aluno de pós-graduação de Stein e principal autor deste estudo, diz que este é, na verdade, um dos primeiros testes de laboratório dessas teorias.

p "Eles não podiam ser testados até agora, quando podemos realmente fazer medições de molécula única, "disse ela." [De Gennes] postulou que um dia seria possível testar isso. Acho que ele ficaria muito animado em ver isso acontecer. "