I ricercatori della North Carolina State University hanno utilizzato la modellazione computazionale per far luce su come precisamente le nanoparticelle d'oro cariche influenzano la struttura del DNA e dell'RNA, il che potrebbe portare a nuove tecniche per manipolare questi materiali genetici.

Il lavoro è promettente per lo sviluppo di applicazioni in grado di memorizzare e trasportare informazioni genetiche, creare scaffold personalizzati per la bioelettronica e creare nuove tecnologie di somministrazione di farmaci.

"In natura, metri di DNA sono stipati in ogni cellula vivente, "dice Jessica Nash, un dottorato di ricerca studente presso NC State e autore principale di un documento sul lavoro. "Questo è possibile perché il DNA è avvolto strettamente attorno a una proteina carica positivamente chiamata istone. Vorremmo essere in grado di modellare il DNA usando un approccio simile che sostituisca l'istone con una nanoparticella d'oro carica. Quindi abbiamo usato tecniche computazionali per determinare esattamente come le diverse cariche influenzano la curvatura degli acidi nucleici:DNA e RNA."

Nel loro modello, i ricercatori hanno manipolato la carica delle nanoparticelle d'oro aggiungendo o rimuovendo ligandi caricati positivamente, molecole organiche attaccate alla superficie della nanoparticella. Ciò ha permesso loro di determinare come l'acido nucleico ha risposto a ciascun livello di carica. Un'animazione di una nanoparticella e dei ligandi che modellano un filamento di DNA è disponibile su www.youtube.com/watch?v=kNpvPy … bmc&feature=youtu.be.

"Questo permetterà ai ricercatori di sapere cosa aspettarsi:quanta carica hanno bisogno per ottenere la curvatura desiderata nell'acido nucleico, "dice Yaroslava Yingling, un professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State e corrispondente autore dell'articolo.

"Abbiamo usato ligandi nel modello, ma ci sono altri modi per manipolare la carica delle nanoparticelle, "dice Abhishek Singh, un ricercatore post-dottorato presso NC State e coautore dell'articolo. "Per esempio, se le nanoparticelle e l'acido nucleico sono in soluzione, puoi cambiare la carica cambiando il pH della soluzione."

Il lavoro è significativo anche perché mette in evidenza fino a che punto è arrivata la ricerca computazionale nella scienza dei materiali.

"I nostri modelli su larga scala rappresentano ogni atomo coinvolto nel processo, "dice Nan Li, un dottorato di ricerca studente presso NC State e co-autore del documento. "Questo è un esempio di come possiamo utilizzare hardware computazionale avanzato, come le GPU – o unità di elaborazione grafica – sviluppate per essere utilizzate nei videogiochi, per condurre simulazioni scientifiche all'avanguardia."

Il team di ricerca sta ora basandosi su questi risultati per progettare nuove nanoparticelle con forme e chimiche di superficie diverse per ottenere un controllo ancora maggiore sulla forma e sulla struttura degli acidi nucleici.

"Nessuno si è avvicinato all'efficienza della natura quando si tratta di avvolgere e scartare gli acidi nucleici, " Dice Yingling. "Stiamo cercando di far avanzare la nostra comprensione di come funziona esattamente".