p (Phys.org) —Quando os pesquisadores de Illinois começaram a investigar um método para controlar como o DNA se move através de um pequeno dispositivo de sequenciamento, eles não sabiam que estavam prestes a testemunhar uma exibição de ginástica molecular. p Rápido, o sequenciamento de DNA preciso e acessível é o primeiro passo em direção à medicina personalizada. Enfiando uma molécula de DNA através de um pequeno orifício, chamado de nanopore, em uma folha de grafeno permite que os pesquisadores leiam a sequência de DNA; Contudo, eles têm controle limitado sobre a velocidade com que o DNA se move através dos poros. Em um novo estudo publicado na revista Nature Communications , O professor de física da Universidade de Illinois, Aleksei Aksimentiev, e o estudante de graduação Manish Shankla aplicaram uma carga elétrica na folha de grafeno, na esperança de que o DNA reagisse à carga de uma forma que os deixasse controlar seu movimento até cada link individual, ou nucleotídeo, na cadeia de DNA.

p "Idealmente, você gostaria de passar o DNA através do nanoporo, um nucleotídeo de cada vez, - disse Aksimentiev. - Faça uma medição e coloque outro nucleotídeo no orifício de detecção. Esse é o objetivo, e ainda não foi percebido. Nós mostramos isso, até certo ponto, podemos controlar o processo cobrando o grafeno. "

p Os pesquisadores descobriram que uma carga positiva no grafeno acelera o movimento do DNA através do nanoporo, enquanto uma carga negativa para o DNA em seu caminho. Contudo, enquanto eles assistiam, o DNA parecia dançar na superfície do grafeno, fazendo piruetas em formas que eles nunca tinham visto, específico para a sequência dos nucleotídeos do DNA.

p "Isso me lembra do Lago dos Cisnes, "Aksimentiev disse." É muito acrobático. Ficamos muito surpresos com a variedade de conformações de DNA que podemos observar na superfície do grafeno quando o carregamos. Há uma sequência que começa na superfície, e quando mudamos a cobrança, todos eles se inclinam para o lado como se estivessem fazendo uma flexão de braço. Então também temos nucleotídeos que se acomodam, ou suba como uma bailarina em ponta. "

p Veja uma animação em vídeo do DNA dançando conforme a carga de grafeno muda:

p Aksimentiev levanta a hipótese de que as conformações são tão diferentes e tão específicas para a sequência porque cada nucleotídeo tem uma distribuição ligeiramente diferente de elétrons, as partes carregadas negativamente dos átomos. Há até uma diferença visível quando um nucleotídeo é metilado, uma pequena mudança química que pode ativar ou desativar um gene.

p Ao trocar a carga no grafeno, os pesquisadores podem controlar não apenas o movimento do DNA através do poro, mas também a forma em que o DNA se contorce.

p "Porque é reversível, podemos forçá-lo a adotar uma conformação e, em seguida, forçá-lo a voltar. É por isso que chamamos de ginástica, "Disse Aksimentiev.

p Os pesquisadores usaram extensivamente o supercomputador Blue Waters no National Center for Supercomputing Applications, alojado na Universidade de Illinois. Eles mapearam cada átomo individual na molécula de DNA complexa e executaram várias simulações de muitas sequências de DNA diferentes. O poder de supercomputação foi essencial para a realização do trabalho, Aksimentiev disse.

p "Este é um projeto realmente intensivo em computação, "disse ele." Ter acesso ao Blue Waters foi essencial porque, com o grande número de simulações, não teríamos sido capazes de terminá-los. Teria demorado muito. "

p A próxima etapa é combinar uma configuração de nanoporos carregados com um sensor para construir um dispositivo de sequenciamento de DNA que incorporaria o controle de movimento e o reconhecimento de nucleotídeos. Os pesquisadores também esperam explorar as mudanças conformacionais inesperadas para insights sobre epigenética, o campo que estuda como os genes são expressos e moderados.

p "O DNA é muito mais complicado do que apenas uma dupla hélice. É uma molécula complexa que tem muitas propriedades, e ainda os estamos descobrindo, "Disse Aksimentiev.