A DNS viselkedésének új kulcsa
A Cambridge-i Egyetem kutatói nemzetközi együttműködésben fedezték fel azt az alapvető folyamatot, amely meghatározza, hogyan mozog a DNS a nanoszkopikus pórusokon keresztül. Ezek a mechanizmusok meghatározóak a sejtbiológia és a DNS-alapú diagnosztikai technológiák fejlődésében is. A kutatás rámutatott a plectonémák jelentőségére, amelyek eddig szinte teljesen elkerülték a tudósok figyelmét, pedig döntő hatással lehetnek a jövőbeli genetikai vizsgálatokra és bioszenzorokra.
Póruson át: nem csomó, hanem csavar
A nanopórusok rendkívül apró nyílások, amelyek lehetővé teszik az egyes DNS-szálak áthaladását, miközben elektromos jeleket generálnak. Ezek a jelek részletes elemzést tesznek lehetővé. Sokan úgy hitték, ha a mérés során egyenetlen jel keletkezik, akkor a DNS megcsomósodik – hasonlóan ahhoz, amikor egy cipőfűző csomós lesz, ha átfűzöd a lyukon. Emiatt évtizedekig tévesen értelmezték az adatokat, a jelsorozatokat mindenáron csomókkal magyarázták.
Mi történik valójában a nanopórusban?
Az új kutatás szerint viszont a DNS alapvetően nem csomókat, hanem torziós csavarulatokat – plectonémákat – képez, amikor áthalad a nanopóruson. Ezek a formációk úgy néznek ki, mint egy összetekert telefonzsinór, nem úgy, mint egy csomóba kötött madzag. Emiatt egészen más elektromos jeleket produkálnak: a plectonémák hosszabban tartó, jól elkülöníthető jeleket hagynak, míg a csomók jele csak rövid, átmeneti kiugrás.
A kutatók különféle anyagból (például üvegből és szilícium-nitridből) készített nanopórusokat használtak, különböző feszültségeken és körülmények között. Ugyanekkor észrevették, hogy a bonyolult, „összegubancolódott” események – amikor egyszerre több DNS-szakasz halad át – jóval gyakrabban fordulnak elő, mint ahogy a csomóelmélet indokolná.
A víz is bekavar: elektroozmotikus áramlatok
Kiderült, hogy a csavarodás fő oka az a vízmozgás, amit az elektromos mező indít be a nanopóruson belül. Ahogy a víz eláramlik a DNS mellett, forgatóerőt fejt ki a helikális molekulán, és ez a torziós erő végighalad az egész szálon, így a póruson kívül is plectonémákat képez. Ellentétben a csomókkal, amelyek szoros húzásra hamar eltűnnek, a plectonémák akár az egész átpréselődés folyamata során fennmaradnak. A számítógépes szimulációk alátámasztották, hogy a DNS-nek képesnek kell lennie a torziós erő továbbítására, különben nem jön létre ilyen csavarulat.
Kísérletek: hogyan bizonyították be?
A jelenség teszteléséhez a kutatók „megszakított” DNS-t is előállítottak: a láncot egy ponton elvágták, ami megakadályozta a csavarodás végighaladását. Emiatt drasztikusan csökkent a plectonémák gyakorisága, ez pedig megerősítette, hogy a torziós erő továbbítása elengedhetetlen a csavarulatok kialakulásához. Így új diagnosztikai lehetőségek is nyílhatnak: a DNS károsodását, töréseit mostantól akár nanopórusalapú módszerekkel is észlelhetjük, figyelve a csavarulatok elektromos nyomát.
Új eszközök, új felfedezések
A mostani eredmények nemcsak a nanopórusos érzékelést forradalmasíthatják. A biológiai rendszerekben a DNS állandóan tekeredik és összegubancolódik, az ilyen csavarulatok kulcsfontosságúak a genom szerveződésében és stabilitásában is. Ha pontosabban ki tudjuk olvasni, mikor és hogyan képződik csomó vagy csavarulat, az új szintre emelheti a genetikai diagnosztikát, sőt, a betegségekhez vezető korai DNS-károsodás felismerését.
A nanotechnológiában is új lehetőségeket teremt: a nanopórusok nemcsak érzékelőként, hanem biopolimerek manipulálásának eszközeként is szolgálhatnak.
