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    La spectroscopie cryo-force révèle les propriétés mécaniques des composants de l'ADN

    A basse température, un brin d'ADN est retiré de la surface d'or à l'aide de la pointe d'un microscope à force atomique. Dans le processus, des paramètres physiques tels que l'élasticité et les propriétés de liaison peuvent être déterminés. Crédit :Université de Bâle, Département de physique

    Des physiciens de l'Université de Bâle ont développé une nouvelle méthode pour examiner l'élasticité et les propriétés de liaison des molécules d'ADN sur une surface à des températures extrêmement basses. Avec une combinaison de spectroscopie cryo-force et de simulations informatiques, ils ont pu montrer que les molécules d'ADN se comportent comme une chaîne de petits ressorts hélicoïdaux. Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans Communication Nature .

    L'ADN n'est pas seulement un sujet de recherche populaire car il contient le modèle de la vie, il peut également être utilisé pour produire de minuscules composants pour des applications techniques. Dans un processus connu sous le nom d'origami d'ADN, les scientifiques peuvent manipuler le matériel génétique de telle manière que le repliement des brins d'ADN crée de minuscules structures bidimensionnelles et tridimensionnelles. Ceux-ci peuvent être utilisés, par exemple, comme conteneurs pour substances pharmaceutiques, comme tubes conducteurs et comme capteurs très sensibles.

    Mesure à basse température

    Pour pouvoir former les formes désirées, il est important de se familiariser avec la structure, l'élasticité et les forces de liaison des composants d'ADN utilisés. Ces paramètres physiques ne peuvent pas être mesurés à température ambiante, car les molécules sont constamment en mouvement.

    Il n'en va pas de même à basse température :l'équipe dirigée par le professeur Ernst Meyer de l'Institut suisse des nanosciences et le Département de physique de l'Université de Bâle ont maintenant utilisé pour la première fois la microscopie cryo-force pour caractériser des molécules d'ADN et examiner leurs forces de liaison et élasticité.

    Détaché pièce par pièce

    Les scientifiques n'ont placé que quelques brins d'ADN de quelques nanomètres de long contenant 20 nucléotides de cytosine sur une surface en or. A une température de 5 Kelvin, une extrémité du brin d'ADN a ensuite été tirée vers le haut à l'aide de la pointe d'un microscope à force atomique. Dans le processus, les composants individuels du brin se sont libérés peu à peu de la surface. Cela a permis aux physiciens d'enregistrer leur élasticité ainsi que les forces nécessaires pour détacher les molécules d'ADN de la surface d'or.

    "Plus le morceau d'ADN détaché est long, plus le segment d'ADN devient doux et élastique, " explique l'auteur principal, le Dr Rémy Pawlak. En effet, les composants individuels de l'ADN se comportent comme une chaîne de plusieurs ressorts hélicoïdaux reliés les uns aux autres. Grâce aux mesures, les chercheurs ont pu déterminer la constante de ressort pour les composants individuels de l'ADN.

    Des simulations informatiques précisent que l'ADN se détache de façon discontinue de la surface. Cela est dû à la rupture des liaisons entre les bases de cytosine et le squelette de l'ADN de la surface de l'or, et leurs mouvements brusques sur la surface de l'or. Les valeurs d'élasticité théoriques sont très étroitement corrélées avec les expériences et confirment le modèle de ressorts disposés en série.

    Les instantanés donnent un aperçu

    Les études confirment que la spectroscopie cryo-force est très bien adaptée à l'examen des forces, élasticité et propriétés de liaison des brins d'ADN sur les surfaces à basse température.

    "Comme pour la microscopie électronique cryogénique, nous prenons un instantané avec la spectroscopie cryo-force, qui nous donne un aperçu des propriétés de l'ADN, " explique Meyer. " A l'avenir, nous pourrions également utiliser des images de microscope à sonde à balayage pour déterminer les séquences de nucléotides. »


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