Un frammento di un singolo filamento di DNA, costituito dalle basi azotate citosina e guanina, può essere impresso in un polimero - questo è stato dimostrato da chimici di Varsavia, Denton e Milano. Il negativo artificiale risultante, con una lunghezza record, funziona chimicamente come un normale filamento di acido desossiribonucleico. Questo risultato conferma finalmente la possibilità di creare impronte polimeriche di DNA, funzionalmente corrispondenti a frammenti di DNA contenenti tutte e quattro le basi azotate.

Un anno e mezzo fa, un gruppo di ricercatori polacco-americano-italiano ha creato un DNA chimico negativo mediante imprinting molecolare. cavità molecolari, generato in un polimero accuratamente progettato, si è comportato chimicamente proprio come un vero filamento di DNA (complementare a quello utilizzato per l'imprinting). Il primo oligomero "impresso" nel polimero era corto, costituito solo da sei nucleobasi di adenina e timina che formano la sequenza TATAAA. Attualmente, un gruppo dell'Istituto di chimica fisica dell'Accademia polacca delle scienze (IPC PAS) di Varsavia, diretto dal Professor Wlodzimierz Kutner e in collaborazione con l'Università del North Texas a Denton (USA) e l'Università di Milano (Italia), ha fatto il passo successivo. Nel diario Materiali e interfacce applicati ACS , i ricercatori hanno presentato il processo di costruzione di un frammento negativo di un singolo filamento di DNA contenente le altre basi azotate:citosina e guanina.

"L'oligonucleotide ora impresso nel polimero è leggermente più lungo di quello descritto nella nostra precedente pubblicazione. Tuttavia, non si trattava di battere i record. Più importante, era per dimostrare che il metodo dell'imprinting molecolare può essere utilizzato per costruire negativi stabili di oligonucleotidi contenenti tutte le basi azotate dell'acido desossiribonucleico, " dice il prof. Kutner.

Ogni molecola di DNA è un nastro attorcigliato in un'elica, fatto di due lunghi, fili permanentemente collegati. Un singolo filamento è costituito da nucleotidi con ripetizioni multiple, ognuno dei quali contiene una delle basi azotate:adenina (A), guanina (G), citosina (C) o timina (T). Poiché l'adenina presente su un filo è complementare alla timina sull'altro, e guanina in citosina, sulla base di un singolo filamento di DNA è facile ricostruire il suo partner complementare. Questo meccanismo non solo aumenta la permanenza della registrazione del codice genetico, ma permette anche di essere trascritto da DNA a RNA nel processo di trascrizione, che è il primo stadio della sintesi proteica.

"Le molecole di DNA sono molto lunghe; se dovessero essere raddrizzate, avrebbero una lunghezza misurata in centimetri. In condizioni normali, il DNA a doppio filamento è, però, attorcigliato e arrotolato in vari modi. L'imprinting di una struttura così complicata nello spazio nel polimero non solo è impossibile, ma anche non ha senso, perché diverse molecole dello stesso DNA possono essere attorcigliate in modi diversi. Perciò, di regola, durante il test del DNA a doppio filamento, i suoi fili vengono prima separati, e quindi tagliati in frammenti contenenti da diverse a diverse dozzine di nucleotidi. È quindi possibile tentare di imprimere questi frammenti di questa lunghezza nel polimero, " spiega la dott.ssa Agnieszka Pietrzyk-Le (IPC PAS).

Per imprimere le molecole nel polimero, vengono introdotti in una soluzione di monomeri, o "mattoni, " da cui deve essere formato il futuro polimero. Alcuni dei monomeri sono selezionati in modo da autoassemblarsi attorno alle molecole da imprimere. La miscela viene quindi polimerizzata elettrochimicamente. Questa elettropolimerizzazione si traduce in un sottile, pellicola indurita di un polimero, da cui vengono poi estratte le molecole impresse. In questo modo, si ottiene un polimero con cavità molecolari che corrispondono alle molecole originali non solo per dimensioni e forma, ma anche le loro proprietà chimiche locali.

"Nella nostra ultima ricerca, abbiamo dimostrato che è possibile imprimere nel polimero l'oligonucleotide GCGGCGGC, cioè uno che contiene otto basi azotate. Questo oligomero è geneticamente significativo. La sua presenza, tra gli altri, aumenta la probabilità di malattie neurodegenerative, " spiega la dottoranda Katarzyna Bartold (IPC PAS).

Il primo polimero negativo, con un oligomero di adenina-timina impresso, era completamente selettivo, cioè solo le molecole TATAAAA precedentemente utilizzate per preparare il polimero potrebbero entrare nelle cavità molecolari. Nel polimero attualmente sintetizzato, anche le cavità guanina-citosina sono altamente selettive, ma questa selettività lascia ancora molto a desiderare. Se l'oligonucleotide catturato dalla soluzione differisce solo di una base dall'oligonucleotide GCGGCGGC utilizzato per l'imprinting, la cavità potrebbe non notare questa differenza. I ricercatori attribuiscono questo comportamento ai legami tra guanina e citosina più forti di quelli tra adenina e timina.

"Interessante, per certi versi il nostro DNA negativo sembra avere proprietà migliori di quelle del filamento naturale di DNA. Il vero filamento di DNA ha nuclei nucleotidici che sono caricati elettricamente negativamente, che fa sì che le molecole si respingano in soluzione. I chimici devono quindi neutralizzare questa carica mediante, Per esempio, introducendo ioni sodio positivi. Le nostre cavità molecolari sono già elettricamente neutre. Perciò, utilizzando il nostro analogo del DNA polimerico, eliminiamo una fase della ricerca:neutralizzazione, " nota il dottor Pietrzyk-Le.

Nel futuro prossimo, i ricercatori intendono perfezionare la tecnica sviluppata, imprimendo frammenti di DNA sempre più lunghi, in modo che gli oligonucleotidi costituiti da almeno una dozzina di nucleotidi possano essere mappati. I film polimerici con cavità molecolari così lunghe permetterebbero di costruire rivelatori efficaci di frammenti di DNA geneticamente importanti. Ciò sarebbe possibile in quanto aumenta la massa del polimero con cavità riempite con oligomeri catturati dalla soluzione di prova, cambia anche la conducibilità elettrica del polimero, e le variazioni di questi parametri possono essere facilmente rilevate. Nel futuro, sarebbe possibile anche un'altra applicazione. Film polimerici con frammenti di DNA impressi e cavità molecolari riempite con questi frammenti potranno essere utilizzati per studiare nuovi farmaci mirati alle malattie genetiche.