La investigación presentada en un nuevo artículo escrito en coautoría por el profesor asociado de ingeniería mecánica de la Universidad de Northwestern, Sandip Ghosal, arroja nueva luz sobre cómo los polímeros atraviesan poros diminutos diez mil veces más pequeños que un cabello humano.

Estos hallazgos podrían impulsar una comprensión más profunda de la biofísica de las células vivas, la medición de las propiedades de los polímeros en diversas industrias químicas, como la fabricación de plásticos y el procesamiento de alimentos, y el diseño de biosensores.

En el artículo publicado el 30 de agosto en Comunicaciones de la naturaleza , Ghosal y sus coautores presentan datos que muestran cómo cambia la velocidad del ADN cuando entra o sale de un nanoporo. Asombrosamente, el experimento mostró que las moléculas de ADN se mueven más rápido cuando entran en un nanoporo (translocación hacia adelante) y más lento cuando salen (translocación hacia atrás).

¿Qué está pasando con el ADN? Ghosal explica, es algo familiar para los ingenieros mecánicos:un concepto llamado "pandeo, "estudiado por grandes mentes científicas como Leonhard Euler y Daniel Bernoulli hace más de dos siglos, pero raramente estudiado a nivel molecular.

Ghosal y sus colaboradores concluyeron que las moléculas de ADN se deforman bajo la influencia de las fuerzas de compresión al entrar en el nanoporo. pero son tirados en línea recta por fuerzas de tracción cuando se mueven en la dirección opuesta. La diferencia resultante en la configuración geométrica da como resultado un mayor arrastre hidrodinámico de la molécula en el último caso.

El estudio fue motivado por el deseo de comprender, en detalle, la mecánica del paso de una molécula de ADN a través de un nanoporo, un tema de rica curiosidad y conjeturas científicas.

"Queríamos saber qué le está sucediendo al ADN y por qué, "dice Ghosal, quien también ocupa un cargo de cortesía en el Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Matemática Aplicada.

En lugar de simplemente determinar la velocidad promedio de translocación del ADN, Colaboradores de Ghosal en el Reino Unido:Ulrich F. Keyser, María Ricci, Kaikai Chen de la Universidad de Cambridge, y Nicholas A.W. Campana, ahora de la Universidad de Oxford, diseñó un experimento innovador para revelar la variación real de la velocidad del ADN insertando marcadores a lo largo de la molécula de ADN. Esta "regla de ADN" permitió a los investigadores medir la velocidad de la translocación en cada instante. Para luego recopilar grandes cantidades de datos en un período de tiempo relativamente corto, los investigadores voltearon repetidamente el voltaje a través del poro, enviando el ADN dentro y fuera del nanoporo en modo "ping-pong".

El trabajo del grupo se basa en la técnica de "pulso resistivo" introducida hace casi 20 años para detectar y caracterizar moléculas individuales. Desde entonces, esa idea se ha aplicado a una variedad de investigaciones, incluida la búsqueda de un método ultrarrápido de secuenciación del ADN y el esfuerzo por medir rápidamente las propiedades mecánicas de las células.

Ghosal describe el trabajo de su equipo como un posible "primer paso para extender el método de pulso resistivo para determinar las características mecánicas de los polímeros".

Aunque Ghosal admite que el trabajo en sí es puramente una investigación impulsada por la curiosidad diseñada para investigar qué más se puede hacer con la técnica de pulso resistivo, No obstante, los hallazgos podrían tener aplicaciones del mundo real en cualquier área donde la medición de las propiedades de los polímeros sea importante.

"Cada polímero tiene una carga característica a la que se deformará y, por lo tanto, la diferencia entre los tiempos de translocación hacia adelante y hacia atrás proporciona una forma de medir la rigidez de flexión de los polímeros, ", Dijo Ghosal." Es increíblemente emocionante que ahora podamos observar esto, "Dice Ghosal.