Un approccio diverso all'analisi del movimento delle molecole in diffusione ha contribuito a ribaltare l'assunto di vecchia data che le molecole di DNA si muovano in modo casuale. I ricercatori di KAUST rivelano per la prima volta che le molecole di DNA si muovono non per moto browniano casuale ma per un cammino non casuale correlato alla dinamica del polimero in un modo che conserva le caratteristiche browniane complessive.

"Il moto browniano è un processo per cui le molecole si muovono casualmente in un fluido scontrandosi con altre molecole, " ha spiegato il dottor Maged Serag, un ricercatore post-dottorato in Bioscienze presso KAUST. "Nelle cellule viventi, Il moto browniano consente alle molecole di muoversi rapidamente ed efficientemente tra gli organelli cellulari e di interagire con altre molecole".

Per molti decenni, gli scienziati hanno utilizzato un test relativamente semplice per determinare se la diffusione molecolare è browniana:quando lo spostamento quadratico medio (MSD) di una popolazione di molecole aumenta linearmente nel tempo. In un mezzo uniforme come l'acqua pura, ciò significa che una goccia di soluzione salina si espanderà ad una velocità tale da far aumentare il MSD linearmente nel tempo.

Il DNA si conforma a questo comportamento di diffusione su macroscala, e quindi si è ipotizzato che il suo moto sia Browniano come le altre molecole. Però, è anche noto che il DNA, essendo una lunga molecola polimerica, si contorce spontaneamente a causa di forze intramolecolari.

"La molecola del DNA può essere vista come una catena semi-flessibile, " disse Serag. "Se seguiamo il suo moto in tempi brevi e in uno spazio vicino alle sue dimensioni, vediamo un comportamento in movimento simile a un verme."

Serag e il collega Professore Associato Satoshi Habuchi hanno cercato di vedere se questo movimento contorto potesse influenzare la diffusione del DNA.

"Il dottor Serag ha avuto un'idea unica per descrivere il movimento di una molecola basata sulla probabilità di occupare siti reticolari piuttosto che sullo spostamento quadratico medio, " ha detto Habuchi. "MSD è stato il metodo standard per rilevare la deviazione dal moto browniano, ma non rivela alcun movimento non casuale per le molecole di DNA. Utilizzando invece questo approccio probabilistico, siamo stati in grado di rilevare e quantificare il movimento non casuale nascosto".

Sviluppando un nuovo quadro teorico in cui il movimento è modellato in modo graduale tenendo conto della flessione molecolare, È stato scoperto che le molecole di DNA si muovono in modo non casuale con velocità variabili e "traccia" molecolare in un modo che conserva con precisione l'MSD lineare browniano.

"Il risultato più importante di questo studio è che abbiamo dimostrato che un MSD lineare non sempre indica un moto browniano sottostante, " ha spiegato Habuchi. "Con questo nuovo quadro teorico, possiamo rilevare il movimento non casuale di singole molecole che non possono essere catturate dall'analisi MSD convenzionale".