I polimeri sono lunghi, molecole a catena che sono ovunque in biologia. DNA e RNA sono polimeri formati da molte copie consecutive di nucleotidi accoppiate tra loro. Quando viene trasportato all'interno o tra le cellule, questi polimeri biologici devono passare attraverso fori di dimensioni nanometriche detti "nanopori".

Questo processo è anche alla base di un metodo in rapido sviluppo per l'analisi e il sequenziamento del DNA chiamato rilevamento dei nanopori.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Fisica della natura, mostra come il team guidato da Cavendish ha sviluppato una nuova tecnica simile a LEGO per assemblare molecole di DNA che hanno protuberanze sporgenti in punti specifici lungo la loro lunghezza. Facendo passare queste molecole di DNA attraverso un nanoporo e analizzando i cambiamenti simultanei nel modello del flusso ionico, i ricercatori hanno determinato con grande precisione come cambia la velocità del DNA mentre si muove.

I risultati sperimentali hanno rivelato un processo in due fasi in cui la velocità del DNA inizialmente rallenta prima di accelerare verso la fine della traslocazione. Le simulazioni hanno anche dimostrato questo processo in due fasi e hanno contribuito a rivelare che la fisica sottostante del processo è determinata dal cambiamento dell'attrito tra il DNA e il fluido circostante.

"Il nostro metodo per assemblare righelli di DNA molecolare tipo LEGO ha fornito nuove informazioni sul processo di infilatura dei polimeri attraverso fori incredibilmente piccoli di appena pochi nanometri, " ha spiegato l'autore senior Dr. Nicholas Bell dal Cavendish Laboratory di Cambridge. "La combinazione di esperimenti e simulazioni ha rivelato un quadro completo della fisica sottostante a questo processo e aiuterà lo sviluppo di biosensori basati su nanopori. È molto eccitante che ora possiamo misurare e comprendere questi processi molecolari in così piccoli dettagli".

"Questi risultati aiuteranno a migliorare l'accuratezza dei sensori a nanopori nelle loro varie applicazioni, ad esempio localizzare sequenze specifiche sul DNA con precisione nanometrica o rilevare precocemente malattie con il rilevamento dell'RNA bersaglio, ", ha detto l'autore principale Kaikai Chen.

"La risoluzione superiore nell'analisi delle molecole che passano attraverso i nanopori consentirà una decodifica a basso errore delle informazioni digitali memorizzate sul DNA. Stiamo esplorando e migliorando l'utilità dei sensori a nanopori per queste applicazioni".