Como cualquier cadena larga de polímero, El ADN tiende a formar nudos. Usando tecnología que les permite estirar las moléculas de ADN y obtener imágenes del comportamiento de estos nudos, Los investigadores del MIT han descubierto, por primera vez, los factores que determinan si un nudo se mueve a lo largo de la hebra o se "atasca" en su lugar.

"Las personas que estudian la física de los polímeros han sugerido que los nudos podrían atascarse, pero no ha habido buenos sistemas de modelos para probarlo, "dice Patrick Doyle, el profesor Robert T. Haslam de ingeniería química y autor principal del estudio. "Demostramos que el mismo nudo puede pasar de estar bloqueado a moverse a lo largo de la misma molécula. Cambias las condiciones y de repente se detiene, y luego cambiarlos de nuevo y de repente se mueve ".

Los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a desarrollar formas de desatar los nudos del 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 secuenciación al ralentizar el paso de las moléculas de ADN a través del sistema. dicen los investigadores.

Alexander Klotz, postdoctoral del MIT, 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 estudiantes han estado estudiando la física de los nudos poliméricos como el ADN durante muchos años. El ADN es adecuado para tales estudios porque es una molécula relativamente grande, simplificando la obtención de imágenes con un microscopio, y se puede inducir fácilmente a que forme nudos.

"Tenemos un mecanismo que hace que las moléculas de ADN colapsen en una pequeña bola, que cuando nos estiramos contiene nudos muy grandes, "Dice Klotz." Es como meterse los auriculares en el bolsillo y sacarlos completamente ".

Una vez que se forman los nudos, los investigadores pueden estudiarlos usando un sistema de microfluidos especial que ellos 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 de la T será atraída por igual hacia cada brazo, obligándolo a permanecer en su lugar.

El equipo del MIT descubrió que podían manipular los 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 se deshacen.

"Cuando la tensión no es demasiado fuerte, parece que se mueven al azar. Pero si los miras 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 sucede con un nudo en un collar de cuentas cuando el collar se tira con más fuerza. dicen los investigadores. Cuando el collar está flojo, un nudo puede moverse a lo largo de él, pero cuando se tensa, las cuentas del collar se acercan y el nudo se atasca.

"Cuando aprietas el nudo estirando más la molécula de ADN, acerca las hebras 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 células vivas, pero las células tienen enzimas especializadas llamadas topoisomerasas que pueden desenredar esos nudos. Los hallazgos del equipo del MIT sugieren una posible forma de eliminar los nudos del ADN fuera de las células con relativa facilidad mediante la aplicación de un campo eléctrico hasta que los nudos viajen hasta el final de la molécula.

Esto podría ser útil para un tipo de secuenciación de ADN conocido 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 o el movimiento de genes 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 secuencial más precisa.

Usar este enfoque para eliminar nudos de otros tipos de polímeros, como los que se utilizan 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 artículo, así como las interacciones entre dos nudos en una molécula.