I fisici dell'Università di Basilea hanno sviluppato un nuovo metodo per esaminare l'elasticità e le proprietà di legame delle molecole di DNA su una superficie a temperature estremamente basse. Con una combinazione di spettroscopia crio-forza e simulazioni al computer, sono stati in grado di dimostrare che le molecole di DNA si comportano come una catena di piccole molle elicoidali. I ricercatori hanno riportato i loro risultati in Comunicazioni sulla natura .

Il DNA non è solo un argomento di ricerca popolare perché contiene il progetto per la vita, ma può anche essere utilizzato per produrre minuscoli componenti per applicazioni tecniche. In un processo noto come DNA origami, gli scienziati possono manipolare il materiale genetico in modo tale che la piegatura dei filamenti di DNA crei minuscole strutture bidimensionali e tridimensionali. Questi possono essere usati, Per esempio, come contenitori per sostanze farmaceutiche, come tubi conduttivi e come sensori altamente sensibili.

Misura a basse temperature

Per poter formare le forme desiderate, è importante conoscere la struttura, l'elasticità e le forze di legame dei componenti del DNA utilizzati. Questi parametri fisici non possono essere misurati a temperatura ambiente, perché le molecole sono costantemente in movimento.

Lo stesso non è vero a basse temperature:il team guidato dal professor Ernst Meyer dello Swiss Nanoscience Institute e del Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea ha ora utilizzato per la prima volta la microscopia crio-forza per caratterizzare le molecole di DNA ed esaminare le loro forze di legame e elasticità.

Staccato pezzo per pezzo

Gli scienziati hanno posizionato solo pochi filamenti di DNA lunghi nanometri contenenti 20 nucleotidi di citosina su una superficie d'oro. Ad una temperatura di 5 Kelvin, un'estremità del filamento di DNA è stata quindi tirata verso l'alto usando la punta di un microscopio a forza atomica. Nel processo, i singoli componenti del trefolo si liberarono a poco a poco dalla superficie. Ciò ha permesso ai fisici di registrare la loro elasticità e le forze necessarie per staccare le molecole di DNA dalla superficie dell'oro.

"Più lungo è il pezzo di DNA staccato, più morbido ed elastico diventa il segmento di DNA, " spiega l'autore principale Dr. Rémy Pawlak. Questo perché i singoli componenti del DNA si comportano come una catena di più molle elicoidali collegate tra loro. Grazie alle misurazioni, i ricercatori sono stati in grado di determinare la costante della molla per i singoli componenti del DNA.

Le simulazioni al computer chiariscono che il DNA si stacca in modo discontinuo dalla superficie. Ciò è dovuto alla rottura dei legami tra le basi della citosina e la spina dorsale del DNA dalla superficie dell'oro, e i loro movimenti bruschi sulla superficie dell'oro. I valori di elasticità teorici sono strettamente correlati agli esperimenti e confermano il modello delle molle disposte in serie.

Le istantanee forniscono informazioni

Gli studi confermano che la spettroscopia crio-forza è molto adatta per esaminare le forze, elasticità e proprietà di legame dei filamenti di DNA su superfici a basse temperature.

"Come con la microscopia elettronica criogenica, scattiamo un'istantanea con la spettroscopia crio-forza, che ci dà una panoramica delle proprietà del DNA, " spiega Meyer. "In futuro, potremmo anche utilizzare le immagini del microscopio a scansione di sonda per determinare le sequenze nucleotidiche".