Une approche différente de l'analyse du mouvement des molécules en diffusion a contribué à renverser l'hypothèse de longue date selon laquelle les molécules d'ADN se déplacent de manière aléatoire. Les chercheurs de KAUST révèlent pour la première fois que les molécules d'ADN se déplacent non pas par un mouvement brownien aléatoire mais par une marche non aléatoire liée à la dynamique des polymères d'une manière qui conserve les caractéristiques browniennes globales.

"Le mouvement brownien est un processus par lequel les molécules se déplacent de manière aléatoire dans un fluide en entrant en collision avec d'autres molécules, " a expliqué le Dr Maged Serag, chercheur postdoctoral en Biosciences à la KAUST. « Dans les cellules vivantes, Le mouvement brownien permet aux molécules de se déplacer rapidement et efficacement entre les organites cellulaires et d'interagir avec d'autres molécules."

Pendant de nombreuses décennies, les scientifiques ont utilisé un test relativement simple pour déterminer si la diffusion moléculaire est brownienne :lorsque le déplacement quadratique moyen (MSD) d'une population de molécules augmente linéairement au fil du temps. Dans un milieu uniforme comme l'eau pure, cela signifie qu'une goutte de solution saline se dilatera à une vitesse qui fait augmenter le MSD de manière linéaire avec le temps.

L'ADN se conforme à ce comportement de diffusion à grande échelle, et ainsi il a été supposé que son mouvement est brownien comme d'autres molécules. Cependant, on sait aussi que l'ADN, étant une longue molécule de polymère, se tord spontanément en raison des forces intramoléculaires.

"La molécule d'ADN peut être considérée comme une chaîne semi-flexible, " dit Serag. " Si nous suivons son mouvement à de courtes échelles de temps et dans un espace proche de sa taille, nous voyons un comportement de mouvement semblable à celui d'un ver."

Serag et son collègue, le professeur agrégé Satoshi Habuchi, ont cherché à savoir si ce mouvement de torsion pouvait affecter la diffusion de l'ADN.

"Le Dr Serag a eu une idée unique pour décrire le mouvement d'une molécule basée sur la probabilité d'occuper des sites de réseau plutôt que par un déplacement quadratique moyen, " a déclaré Habuchi. " Le MSD a été la méthode standard pour détecter les écarts par rapport au mouvement brownien, mais il ne révèle aucun mouvement non aléatoire pour les molécules d'ADN. En utilisant plutôt cette approche probabiliste, nous avons pu détecter et quantifier les mouvements non aléatoires cachés."

En développant un nouveau cadre théorique dans lequel le mouvement est modélisé par étapes tenant compte de la flexion moléculaire, Il a été découvert que les molécules d'ADN se déplaçaient de manière non aléatoire avec une vitesse et une « piste » moléculaire variées d'une manière qui conservait précisément le MSD linéaire brownien.

"Le résultat le plus important de cette étude est que nous avons démontré qu'un MSD linéaire n'indique pas toujours un mouvement brownien sous-jacent, " explique Habuchi. " Avec ce nouveau cadre théorique, nous pouvons détecter le mouvement non aléatoire de molécules uniques qui ne peuvent pas être capturées par l'analyse MSD conventionnelle."