Al igual que cualquier cadena polimérica larga, el ADN tiende a formar nudos. Usando tecnología que les permite estirar las moléculas de ADN e imaginar el comportamiento de estos nudos, los investigadores del MIT han descubierto, por primera vez, los factores que determinan si un nudo se muevea lo largo del hilo o "atascos" en su lugar.
"Las personas que estudian física de polímeros han sugerido que los nudos podrían atascarse, pero no ha habido buenos sistemas modelo para probarlo", dice Patrick Doyle, profesor de Ingeniería Química Robert T. Haslam y autor principal de"Mostramos que el mismo nudo podría pasar de estar atascado a ser móvil a lo largo de la misma molécula. Cambias las condiciones y de repente se detiene, y luego las cambias de nuevo y de repente se mueve".
Los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a desarrollar formas de desatar nudos de ADN, lo que ayudaría a mejorar la precisión de algunas tecnologías de secuenciación del genoma, o para promover la formación de nudos. Inducir la formación de nudos podría mejorar algunos tipos de secuencia al ralentizar el paso de las moléculas de ADN a través deel sistema, dicen los investigadores
el postdoc MIT Alexander Klotz es el primer autor del artículo, que aparece en la edición del 3 de mayo de Cartas de revisión física .
nudos en movimiento
Doyle y sus alumnos han estado estudiando la física de los nudos poliméricos como el ADN durante muchos años. El ADN es muy adecuado para tales estudios porque es una molécula relativamente grande, lo que facilita la imagen con un microscopio, y puede serfácilmente inducido a formar nudos.
"Tenemos un mecanismo que hace que las moléculas de ADN colapsen en una pequeña bola, que cuando estiramos contiene nudos muy grandes", dice Klotz. "Es como meter los auriculares en el bolsillo y sacarlos llenos de nudos".
Una vez que se forman los nudos, los investigadores pueden estudiarlos usando un sistema microfluídico especial que diseñaron. El canal tiene forma de T, con un campo eléctrico que diverge en la parte superior de la T. Una molécula de ADN ubicada en la parte superior dela T se tirará por igual hacia cada brazo, forzándola a permanecer en su lugar.
El equipo del MIT descubrió que podían manipular nudos en estas moléculas de ADN fijadas variando la fuerza del campo eléctrico. Cuando el campo es débil, los nudos tienden a moverse a lo largo de la molécula hacia el extremo más cercano. Cuando llegan al final,desenmarañar.
"Cuando la tensión no es demasiado fuerte, parece que se mueven al azar. Pero si los observa durante el tiempo suficiente, tienden a moverse en una dirección, hacia el extremo más cercano de la molécula", dice Klotz.
Cuando el campo es más fuerte, obligando al ADN a estirarse por completo, los nudos se atascan en su lugar. Este fenómeno es similar a lo que le sucede a un nudo en un collar de cuentas cuando el collar se tira con más fuerza, dicen los investigadores. Cuandoel collar está flojo, un nudo puede moverse a lo largo de él, pero cuando se tensa, las cuentas del collar se unen y el nudo se atasca.
"Cuando aprietas el nudo estirando más la molécula de ADN, las hebras se acercan entre sí y esto aumenta la fricción", dice Klotz. "Eso puede abrumar la fuerza impulsora causada por el campo eléctrico".
eliminación de nudos
Los nudos de ADN también ocurren en las células vivas, pero las células tienen enzimas especializadas llamadas topoisomerasas que pueden desenredar tales nudos. Los hallazgos del equipo del MIT sugieren una posible forma de eliminar los nudos del ADN fuera de las células con relativa facilidad aplicando un campo eléctrico hasta que los nudos viajanhasta el final de la molécula.
Esto podría ser útil para un tipo de secuencia de ADN conocida como mapeo de nanocanales, que implica estirar el ADN a lo largo de un tubo estrecho y medir la distancia entre dos secuencias genéticas. Esta técnica se utiliza para revelar cambios genómicos a gran escala, como la duplicación de genes ogenes que se mueven de un cromosoma a otro, pero los nudos en el ADN pueden dificultar la obtención de datos precisos.
Para otro tipo de secuenciación de ADN conocida como secuenciación de nanoporos, podría ser beneficioso inducir nudos en el ADN porque los nudos hacen que las moléculas se ralenticen a medida que viajan a través del secuenciador. Esto podría ayudar a los investigadores a obtener información de secuencia más precisa.
El uso de este enfoque para eliminar nudos de otros tipos de polímeros, como los que se usan para fabricar plásticos, también podría ser útil, porque los nudos pueden debilitar los materiales.
Los investigadores ahora están estudiando otros fenómenos relacionados con los nudos, incluido el proceso de desatar nudos más complejos que los que estudiaron en este documento, así como las interacciones entre dos nudos en una molécula.
La investigación fue financiada por la National Science Foundation y la National Research Foundation Singapore a través de Singapore MIT Alliance for Research and Technology.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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