(PhysOrg.com) -- Les brins de polymère se frayent un chemin à travers des pores de taille nanométrique dans une membrane pour aller d'ici à là et faire leur travail. De nouvelles recherches théoriques menées par des scientifiques de l'Université Rice quantifient précisément la durée du voyage.

C'est une bonne chose à savoir pour les scientifiques qui étudient le transport de l'ARN, L'ADN et les protéines - qui comptent tous comme des polymères - ou ceux qui développent des membranes à utiliser dans des biocapteurs ou comme dispositifs d'administration de médicaments.

Des chercheurs dirigés par Anatoly Kolomeisky, professeur agrégé de chimie et de génie chimique et biomoléculaire, ont mis au point une méthode théorique pour calculer le temps nécessaire aux polymères à longue chaîne pour se déplacer à travers des canaux nanométriques dans les membranes, comme celui qui sépare le noyau d'une cellule du cytoplasme environnant. Les molécules d'ARN doivent faire ce voyage intracellulaire, tout comme les protéines qui traversent la membrane extérieure d'une cellule pour effectuer des tâches dans le corps.

L'auteur principal Kolomeisky a rapporté les résultats ce mois-ci dans le Journal de physique chimique . Les co-auteurs de l'étude incluent Aruna Mohan, ancien associé de recherche postdoctoral chez Rice et maintenant chercheur chez Exxon-Mobil, et Matteo Pasquali, professeur en génie chimique et biomoléculaire et en chimie.

L'équipe a étudié la translocation d'une longue molécule de polymère, qui ressemble à peu près à des perles sur une ficelle, à travers deux types de géométries de nanopores :un cylindre et un composite à deux cylindres qui ressemblait à un grand tube connecté à un petit tube. Sans surprise, ils ont découvert qu'un polymère passait plus rapidement en entrant dans le composite par l'extrémité large.

"Nous supposons que le polymère est relativement gros par rapport à la taille du pore, ce qui est réaliste, " Kolomeisky a dit du processus, ce qui revient à enfiler une corde à travers un judas. "Un brin d'ADN typique peut mesurer mille nanomètres de long, et le pore pourrait avoir une longueur de quelques nanomètres."

On sait depuis un certain temps que les polymères ne se contentent pas de voler à travers un pore, même quand ils trouvent l'ouverture. Ils commencent. Ils se sont arrêter. Ils recommencent. Et une fois que l'extrémité avant est entrée dans un pore, il peut reculer. Les polymères tremblent souvent d'avant en arrière lorsqu'ils progressent dans un pore, se reconfigurent constamment.

"Les théoriciens précédents pensaient que dès que l'extrémité avant atteignait le canal, tout le polymère passerait, " a-t-il dit. "Nous disons qu'il va et vient plusieurs fois avant qu'il ne passe enfin."

La clé d'une description précise de la translocation des polymères avec une précision moléculaire unique consiste à mesurer les courants électriques qui traversent le pore. "Quand le courant est élevé, il n'y a pas de polymère dans le canal. Lorsque le courant est en baisse, c'est dans le pore et bloque le flux, " il a dit.

Les expériences indiquent que des molécules d'ADN et d'ARN typiques pourraient traverser une membrane en quelques millisecondes, en fonction de la force du champ électrique qui les alimente. Mais même ça, il a dit, est beaucoup plus longue que les chercheurs ne le pensaient auparavant.

Kolomeisky a déclaré que la nouvelle méthode fonctionne pour les pores de toute géométrie, qu'ils soient hétéros, coniques ou constitués de cylindres accolés de différentes tailles, comme le canal biologique de l'hémolysine qu'ils ont simulé dans leurs recherches.

Les calculs s'appliquent indifféremment aux pores naturels ou artificiels, qui, selon lui, serait important pour les scientifiques fabriquant des membranes pour l'administration de médicaments, biocapteurs ou procédés de purification de l'eau, ou la recherche de nouvelles méthodes de séquençage de l'ADN.