Автор AZoNano ] 30 июня 2021 г.

Новая методика, разработанная группой исследователей из Кембриджского и Массачусетского университетов, раскрывает фундаментальную физику того, как полимер, такой как ДНК, пронизывает отверстия в 10 000 раз меньше ширины человеческого волоса.

Полимеры – это длинные цепочечные молекулы, которые встречаются в биологии повсюду. ДНК и РНК представляют собой полимеры, образованные множеством последовательных копий нуклеотидов, соединенных вместе. При транспортировке внутри или между клетками эти биологические полимеры должны проходить через отверстия нанометрового размера, называемые «нанопорами».

Этот процесс также лежит в основе быстро развивающегося метода анализа и секвенирования ДНК, называемого зондированием нанопор.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, показывает, как команда под руководством Кавендиша разработала новую LEGO-подобную технику сборки молекул ДНК, которые имеют выступающие выступы в определенных местах по длине. Пропуская эти молекулы ДНК через нанопоры и анализируя одновременные изменения в структуре ионного потока, исследователи с большой точностью определили, как изменяется скорость ДНК при ее движении.

Результаты экспериментов выявили двухэтапный процесс, при котором скорость ДНК сначала замедляется, а затем ускоряется ближе к концу транслокации. Моделирование также продемонстрировало этот двухэтапный процесс и помогло выявить, что физика, лежащая в основе этого процесса, определяется изменением трения между ДНК и окружающей жидкостью.

«Наш метод сборки LEGO-подобных линейок молекулярной ДНК дал новое понимание процесса протягивания полимеров через невероятно маленькие отверстия размером всего несколько нанометров», объяснил старший автор доктор Николас Белл из Кембриджа Кавендишская лаборатория. «Комбинация экспериментов и моделирования позволила получить исчерпывающую картину физики, лежащей в основе этого процесса, и будет способствовать развитию биосенсоров на основе нанопор. Очень интересно, что теперь мы можем измерить и понять эти молекулярные процессы в таких условиях. мельчайшие подробности "

«Эти результаты помогут повысить точность датчиков с нанопорами в их различных приложениях, например, локализация определенных последовательностей на ДНК с нанометровой точностью или раннее обнаружение заболеваний с помощью обнаружения целевой РНК», – сказал ведущий автор Кайкай Чен .

«Превосходное разрешение при анализе молекул, проходящих через нанопоры, позволит декодировать цифровую информацию, хранящуюся в ДНК, с низким уровнем ошибок. Мы изучаем и улучшаем возможности нанопор сенсоров для этих приложений».

Ссылка: Chen, K., Jou, I., Ermann, N. et al. «Динамика транспорта полимера через нанопору». Nature Physics (2021). DOI: 10.1038 / s41567-021-01268-2

Источник: https://www.cam.ac.uk/