Skip to main content

Article Category

Wiadomości

Article available in the folowing languages:

Technika przypominająca budowanie z klocków LEGO daje wgląd w transport DNA przez nanopory

Dzięki wysiłkom badaczy dowiedzieliśmy się, jak zmienia się prędkość polimerów DNA podczas przenikania przez nanootwory. Badania te niewątpliwie przyczynią się do projektowania doskonalszych czujników nanoporowych.

Badania podstawowe

Mówiąc o polimerach, zwykle mamy na myśli poliester, z którego szyte są ubrania, polietylen, który jest wykorzystywany do pakowania żywności, lub Teflon – nieprzywierającą powłokę, którą pokryte są naczynia do gotowania. Tymczasem polimery znajdują się również w przyrodzie – celulozie, białkach, a nawet w DNA. Polimery to duże cząsteczki zbudowane z długich łańcuchów mniejszych cząsteczek. Podczas transportu wewnątrz- lub zewnątrzkomórkowego polimery takie jak DNA muszą przeniknąć przez nanometrowe pory, zwane nanoporami. Transport polimerów ma nie tylko zasadnicze znaczenie dla procesów biologicznych, ale stanowi również podstawę wielu technologii czujnikowych wykorzystywanych do detekcji pojedynczych cząsteczek i sekwencjonowania DNA. Badacze częściowo wspierani przez finansowany ze środków UE projekt DesignerPores opracowali nową technikę pomiaru zmian prędkości transportu DNA przez nanopory, a ich badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature Physics”. Nowa technika określona w komunikacie prasowym zamieszczonym na stronie „Phys.org” mianem „przypominającej budowanie z klocków LEGO” polega na „składaniu cząsteczek DNA z wystającymi wypustkami w określonych miejscach wzdłuż ich długości”. Badacze przepuszczali takie cząsteczki przez nanopory i obserwowali, jak zmieniał się wzorzec przepływu jonów, dzięki czemu mogli dokładnie zaobserwować, jak zmieniała się prędkość DNA w trakcie całego procesu. Zauważyli, że to zachowanie ma dwa etapy. Na początku, przy przechodzeniu przez nanootwór, cząsteczka DNA zwalnia, a następnie przyspiesza, kiedy proces ten dobiega końca. Symulacje pokazały, że zachowanie cząsteczki DNA zmieniało się w odpowiedzi na zmianę tarcia pomiędzy polimerem a otaczającym go płynem.

Ulepszanie czujników nanoporowych

„Opracowana przez nas metoda składania cząsteczek DNA, przypominająca budowanie z klocków LEGO, dała nam nowy wgląd w proces przekładania polimerów przez niewiarogodnie małe otwory o średnicy kilku nanometrów”, powiedział główny autor badania dr Nicholas Bell z Laboratorium Cavendisha należącego do gospodarza projektu DesignerPores, Uniwersytetu w Cambridge. „Połączenie eksperymentów z symulacjami pozwoliło stworzyć całościowy obraz zjawisk fizycznych leżących u podstaw tego procesu, co pomoże nam w opracowaniu bioczujników nanoporowych. To niezwykle ekscytujące, że możemy zmierzyć i lepiej zrozumieć procesy cząsteczkowe zachodzące w tak małej skali”. Zdaniem drugiego z autorów badania, dr Kaikaia Chena, również z Laboratorium Cavendisha, „wyniki pomogą w zwiększeniu dokładności czujników nanoporowych w różnych zastosowaniach, w tym lokalizacji konkretnych sekwencji w ramach DNA z nanometrową precyzją lub we wczesnym wykrywaniu chorób poprzez celowaną detekcję RNA”. W dalszej części swojej wypowiedzi dr Chen wyjaśnił: „Nadzwyczajna rozdzielczość, z jaką analizujemy cząsteczki przechodzące przez nanopory, umożliwi dekodowanie informacji cyfrowych przechowywanych w DNA z niskim poziomem błędów. Badamy i udoskonalamy przydatność czujników nanoporowych w tych zastosowaniach”. W skład zespołu weszli również naukowcy z amerykańskiego Uniwersytetu Massachusetts. Trwający sześć lat projekt DesignerPores (Understanding and Designing Novel NanoPores) zakończył się w czerwcu 2021 roku. Więcej informacji: projekt DesignerPores

Słowa kluczowe

DesignerPores, DNA, polimer, nanopory, cząsteczka, czujniki

Powiązane artykuły