(Phys.org) —Cuando los investigadores de Illinois se propusieron investigar un método para controlar cómo se mueve el ADN a través de un diminuto dispositivo de secuenciación, no sabían que estaban a punto de presenciar una demostración de gimnasia molecular.

Rápido, La secuenciación de ADN precisa y asequible es el primer paso hacia la medicina personalizada. Pasando una molécula de ADN a través de un pequeño agujero, llamado nanoporo, en una hoja de grafeno permite a los investigadores leer la secuencia de ADN; sin embargo, tienen un control limitado sobre la rapidez con que el ADN se mueve a través del poro. En un nuevo estudio publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , El profesor de física de la Universidad de Illinois Aleksei Aksimentiev y el estudiante de posgrado Manish Shankla aplicaron una carga eléctrica a la hoja de grafeno, con la esperanza de que el ADN reaccionara a la carga de una manera que les permitiera controlar su movimiento hacia cada enlace individual, o nucleótido, en la cadena de ADN.

"Idealmente, querría pasar el ADN a través del nanoporo un nucleótido a la vez, ", dijo Aksimentiev." Tome una medida y luego coloque otro nucleótido en el orificio de detección. Ese es el objetivo y aún no se ha dado cuenta. Te lo mostramos, hasta cierto grado, podemos controlar el proceso cargando el grafeno ".

Los investigadores encontraron que una carga positiva en el grafeno acelera el movimiento del ADN a través del nanoporo, mientras que una carga negativa detiene el ADN en seco. Sin embargo, mientras miraban, el ADN parecía bailar a través de la superficie del grafeno, haciendo piruetas en formas que nunca habían visto, específico de la secuencia de los nucleótidos del ADN.

"Me recuerda al lago de los cisnes, ", Dijo Aksimentiev." Es muy acrobático. Nos sorprendió mucho la variedad de conformaciones de ADN que podemos observar en la superficie del grafeno cuando lo cargamos. Hay una secuencia que comienza tendida en la superficie, y cuando cambiamos la carga, todos se inclinan hacia un lado como si estuvieran haciendo una lagartija con un solo brazo. Entonces también tenemos nucleótidos que se relajarían, o subir como una bailarina en punta ".

Vea una animación en video del ADN bailando a medida que cambia la carga de grafeno:

Aksimentiev plantea la hipótesis de que las conformaciones son tan diferentes y tan específicas de la secuencia porque cada nucleótido tiene una distribución de electrones ligeramente diferente, las partes cargadas negativamente de los átomos. Incluso hay una diferencia visible cuando un nucleótido está metilado, un pequeño cambio químico que puede activar o desactivar un gen.

Al cambiar la carga del grafeno, los investigadores pueden controlar no solo el movimiento del ADN a través del poro, sino también la forma en la que se retuerce el ADN.

"Porque es reversible, podemos forzarlo a adoptar una conformación y luego forzarlo a retroceder. Por eso lo llamamos gimnasia, ", Dijo Aksimentiev.

Los investigadores utilizaron ampliamente la supercomputadora Blue Waters en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación, ubicado en la Universidad de Illinois. Mapearon cada átomo individual en la compleja molécula de ADN y realizaron numerosas simulaciones de muchas secuencias de ADN diferentes. La potencia de la supercomputación era esencial para realizar el trabajo, Dijo Aksimentiev.

"Este es un proyecto muy intensivo en computación, ", dijo." Tener acceso a Blue Waters era esencial porque con la gran cantidad de simulaciones, no hubiéramos podido acabar con ellos. Habría tardado demasiado ".

El siguiente paso es combinar una configuración de nanoporos cargados con un sensor para construir un dispositivo de secuenciación de ADN que incorporaría control de movimiento y reconocimiento de nucleótidos. Los investigadores también esperan explorar los cambios conformacionales inesperados para conocer la epigenética, el campo que estudia cómo se expresan y moderan los genes.

"El ADN es mucho más complicado que una doble hélice. Es una molécula compleja que tiene muchas propiedades, y todavía los estamos destapando, ", Dijo Aksimentiev.