Un semplice modello meccanico per implementare efficacemente la ben nota struttura a doppio filamento e l'elasticità del DNA su scala nanometrica è stato sviluppato da Jae-Hyung Jeon e Wokyung Sung della Pohang University of Science and Technology nella Repubblica di Corea, nel tentativo di esplorare in modo più completo l'acido nucleico contenente il materiale genetico delle cellule. Il modello è stato pubblicato su Springer's Giornale di Fisica Biologica .

Da quando Watson e Crick descrissero per la prima volta la struttura di base del DNA nel 1953, sono stati sviluppati numerosi calcoli di chimica quantistica per descriverlo su scala atomistica oa livello di piccole molecole. Finora, però, questi si sono rivelati troppo impegnativi dal punto di vista computazionale o analiticamente irrealizzabili per descrivere adeguatamente la conformazione e la meccanica del DNA su scala nanometrica sondate dai moderni esperimenti su singola molecola. A scala di micron, d'altra parte, il modello della catena vermiforme è stato determinante per descrivere analiticamente la meccanica e l'elasticità del DNA. Mancano però alcuni dettagli molecolari indispensabili per descrivere l'ibridazione, confinamento su nanoscala, e denaturazione locale o cambiamenti strutturali nel DNA causati da condizioni estreme.

Per colmare questa lacuna fondamentale, i ricercatori coreani hanno iniziato a sviluppare un modello mesoscopico praticabile e predittivo di DNA a doppia elica, dove le perline di nucleotidi costituiscono i gradi di libertà di base.

Utilizzando il modello, i ricercatori coreani hanno studiato come un duplex di DNA si autoassembla nella struttura dell'elica a causa dell'interazione di impilamento modellata dall'interazione tra basi diagonalmente opposte, e anche come l'elica viene deformata contro la forza di stiramento rispetto ai relativi esperimenti su singola molecola. Hanno scoperto che una transizione eccessiva con il plateau di forza, come mostrato in tipici esperimenti di estensione della forza, può essere indotta dalla coesistenza di strutture elicoidali e a scala ad una forza critica prossima al valore sperimentale. Questo plateau si verifica a causa della transizione tra lo stato elicoidale e lo stato a scala del DNA.

Il duo di ricerca ha anche mostrato analiticamente come un modello elastico simile a una catena vermiforme, frequentemente utilizzato nella meccanica del DNA, possono essere derivati ​​utilizzando il loro nuovo modello. È usato per spiegare la rigidità alla flessione e alla torsione in termini di interazioni di base nel loro modello e costanti geometriche del DNA, in ragionevole accordo con i corrispondenti valori sperimentali.

"Questo modello di base e la sua estensione, utilizzato insieme ad ulteriori calcoli analitici e simulazioni numeriche, fornisce nuove possibilità con cui studiare una varietà di singoli fenomeni del DNA da scale di lunghezza da nano a micron, " scrivono Jeon e Sung. "Si può, ad esempio, essere utilizzato per studiare gli effetti dell'eterogeneità di sequenza, soluzioni ioniche, e vincoli torsionali sulla meccanica e, per di più, vari fenomeni come la denaturazione locale del DNA e l'interazione proteina-DNA".