Los físicos de la Universidad de Basilea han desarrollado un nuevo método para examinar la elasticidad y las propiedades de unión de las moléculas de ADN en una superficie a temperaturas extremadamente bajas. Con una combinación de espectroscopia de fuerza criogénica y simulaciones por computadora, pudieron demostrar que las moléculas de ADN se comportan como una cadena de pequeños resortes helicoidales. Los investigadores informaron sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza .

El ADN no solo es un tema de investigación popular porque contiene el plano de la vida, sino que también se puede utilizar para producir componentes diminutos para aplicaciones técnicas. En un proceso conocido como origami de ADN, los científicos pueden manipular el material genético de tal manera que al doblar las hebras de ADN se crean pequeñas estructuras bidimensionales y tridimensionales. Estos se pueden utilizar, por ejemplo, como recipientes para sustancias farmacéuticas, como tubos conductores y como sensores de alta sensibilidad.

Medida a bajas temperaturas

Para poder formar las formas deseadas, es importante estar familiarizado con la estructura, la elasticidad y las fuerzas de unión de los componentes del ADN que se utilizan. Estos parámetros físicos no se pueden medir a temperatura ambiente, porque las moléculas están en constante movimiento.

No ocurre lo mismo a bajas temperaturas:el equipo dirigido por el profesor Ernst Meyer del Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea ahora ha utilizado microscopía de crio-fuerza por primera vez para caracterizar moléculas de ADN y examinar sus fuerzas de unión y elasticidad.

Separado pieza por pieza

Los científicos colocaron solo unas pocas hebras de ADN de nanómetros de largo que contenían nucleótidos de 20 citosina en una superficie de oro. A una temperatura de 5 Kelvin, A continuación, se tiró hacia arriba de un extremo de la hebra de ADN utilizando la punta de un microscopio de fuerza atómica. En el proceso, los componentes individuales de la hebra se fueron liberando de la superficie poco a poco. Esto permitió a los físicos registrar su elasticidad, así como las fuerzas necesarias para separar las moléculas de ADN de la superficie del oro.

"Cuanto más largo sea el fragmento de ADN desprendido, Cuanto más suave y elástico se vuelve el segmento de ADN, "explica el autor principal, el Dr. Rémy Pawlak. Esto se debe a que los componentes individuales del ADN se comportan como una cadena de múltiples resortes helicoidales conectados entre sí. Gracias a las mediciones, los investigadores pudieron determinar la constante de resorte para los componentes individuales del ADN.

Las simulaciones por computadora aclaran que el ADN se desprende de forma discontinua de la superficie. Esto se debe a la ruptura de los enlaces entre las bases de citosina y la columna vertebral del ADN de la superficie del oro. y sus bruscos movimientos sobre la superficie dorada. Los valores teóricos de elasticidad se correlacionan muy estrechamente con los experimentos y confirman el modelo de resortes dispuestos en serie.

Las instantáneas brindan información

Los estudios confirman que la espectroscopia de crio-fuerza es muy adecuada para examinar las fuerzas, propiedades de elasticidad y unión de las hebras de ADN en superficies a bajas temperaturas.

"Al igual que con la microscopía electrónica criogénica, tomamos una instantánea con espectroscopía de fuerza criogénica, que nos da una idea de las propiedades del ADN, "explica Meyer." En el futuro, también podríamos hacer uso de imágenes de microscopio de sonda de barrido para determinar secuencias de nucleótidos ".