Imagini la nivel Angstrom permit urmărirea și controlul în timp real al mișcării ADN-ului
Un grup de cercetători de la Universitatea din Illinois la Urbana-Champaign a reușit să dezvolte o metodă revoluționară pentru a captura și a controla mișcarea ADN-ului pe suprafețe bidimensionale. Această descoperire deschide noi orizonturi în domeniul biologiei moleculare și al cercetării genetice, oferind posibilitatea de a realiza studii de înaltă rezoluție asupra ADN-ului cu ajutorul unui microscop de fluorescență standard.
Principala inovație constă în utilizarea unui material bidimensional, graphene, care permite ADN-ului să se orienteze vertical. Aceasta nu doar că facilitează capturarea imaginilor, dar și permite detectarea schimbărilor structurale subtile prin transferul de energie între ADN-ul etichetat cu colorant și suprafața de graphene. Prin urmare, acest proces de captare la nivel Angstrom (mai puțin de un miliardimea de metru) devine esențial pentru observarea proceselor esențiale, cum ar fi repararea daunelor ADN-ului sau translocarea proteinelor.
Controlul mișcării ADN-ului
Un alt aspect important al cercetării este capacitatea de a controla direcția în care se mișcă ADN-ul. Echipa de cercetare a descoperit că utilizând hexagonal boron nitride (hBN), ei pot direcționa ADN-ul monofilament (ssDNA) de-a lungul unor căi selectate. Aceasta deschide posibilitatea construirii unor „mașini moleculare”, care pot manipula cu ușurință firele de ADN.
Experimentele anterioare au arătat că defectele de pas pe suprafețele materialelor pot fi utilizate pentru a ghida biomoleculele. Aceste defecte creează canale la scară nanometrică, prin care biomoleculele se pot deplasa. Un aspect interesant a fost descoperirea că ADN-ul se mișcă mult mai lent decât se anticipa, iar analiza computațională a relevat că defectele atomice de pe suprafața hBN acționează ca locuri temporare de prindere, permițând controlul predictibil al mișcării acestora.
Accesibilitate și impactul cercetării
Un avantaj major al metodei GETvNA este accesibilitatea sa. Aceasta permite studii de înaltă rezoluție la nivelul unei singure molecule fără a necesita echipamente costisitoare, cum ar fi microscopie electronică criogenică sau echipamente de rezonanță magnetică nucleară. Această oportunitate democratizează cercetarea în domeniul ADN-ului, oferind laboratoarelor cu resurse limitate posibilitatea de a studia ADN-ul la o scară superioară.
Implicarea resurselor de calcul de înaltă performanță a fost crucială pentru realizarea acestor simulații complexe, proces care a redus timpul de calcul de la câteva luni pe mașini personale la doar câteva zile. Colaborarea cu organizații precum National Science Foundation ACCESS a permis echipei să aibă acces la un număr mare de ore de calcul, facilitând astfel descoperiri inovatoare.
Viitorul cercetării ADN-ului
Această cercetare are aplicații potențiale extinse în medicina biomică, oferind o platformă puternică pentru studiul interacțiunilor ADN-proteină. Aksimentiev și echipa sa intenționează să continue expansiunea acestor rezultate, concentându-se pe înțelegerea dinamicii ADN-ului stând vertical pe suprafanța de graphene și perfecționarea metodelor lor pentru a construi unelte biomoleculare avansate.
Această inovație este un pas crucial în crearea unor instrumente de diagnostic medical de generație următoare, facilitând o înțelegere mai profundă a proceselor fundamentale din sănătate și boală, și deschizând calea pentru dezvoltarea și testa de noi medicamente.
