Un modèle mécanique simple pour mettre en œuvre efficacement la structure double brin bien connue et l'élasticité de l'ADN à l'échelle nanométrique a été développé par Jae-Hyung Jeon et Wokyung Sung de l'Université des sciences et technologies de Pohang en République de Corée. dans le but d'explorer de manière plus complète le matériel génétique des cellules contenant des acides nucléiques. Le modèle a été publié dans Springer's Journal de physique biologique .

Depuis que Watson et Crick ont ​​décrit pour la première fois la structure de base de l'ADN en 1953, un certain nombre de calculs de chimie quantique pour le décrire à l'échelle atomistique ou au niveau des petites molécules ont été développés. Jusque là, cependant, ceux-ci se sont avérés trop exigeants en termes de calcul ou analytiquement irréalisables pour décrire de manière adéquate la conformation et la mécanique de l'ADN à l'échelle nanométrique sondées par les expériences modernes sur une seule molécule. A l'échelle du micron, d'autre part, le modèle de chaîne en forme de ver a joué un rôle déterminant dans la description analytique de la mécanique et de l'élasticité de l'ADN. Il manque cependant certains détails moléculaires indispensables pour décrire l'hybridation, confinement nanométrique, et la dénaturation locale ou les changements structurels de l'ADN causés par des conditions extrêmes.

Pour combler cette lacune fondamentale, les chercheurs coréens ont entrepris de développer un modèle mésoscopique exploitable et prédictif d'ADN double brin, où les billes de nucléotides constituent les degrés de liberté de base.

En utilisant le modèle, les chercheurs coréens ont étudié comment un duplex d'ADN s'auto-assemble dans la structure de l'hélice en raison de l'interaction d'empilement modélisée par l'interaction entre des bases diagonalement opposées, et aussi comment l'hélice est déformée par rapport à la force d'étirement en comparaison avec des expériences sur une seule molécule. Ils ont constaté qu'une transition d'étirement excessif avec le plateau de force, comme le montrent les expériences typiques d'extension de force, peut être induite par la coexistence de structures en hélice et en échelle à une force critique proche de la valeur expérimentale. Ce plateau se produit en raison de la transition entre l'état hélicoïdal et l'état en échelle de l'ADN.

Le duo de recherche a également montré analytiquement comment un modèle élastique en forme de ver-chaîne, fréquemment utilisé en mécanique de l'ADN, peuvent être dérivés en utilisant leur nouveau modèle. Il est utilisé pour expliquer la rigidité en flexion et en torsion en termes d'interactions de base dans leur modèle et les constantes géométriques de l'ADN, en accord raisonnable avec les valeurs expérimentales correspondantes.

« Ce modèle de base et son extension, utilisé avec d'autres calculs analytiques et simulations numériques, offre de nouvelles possibilités pour étudier une variété de phénomènes d'ADN unique à des échelles de longueur du nano au micron, " écrivent Jeon et Sung. " Il peut, par exemple, être utilisé pour étudier les effets de l'hétérogénéité des séquences, solutions ioniques, et des contraintes de torsion sur la mécanique et, par ailleurs, divers phénomènes tels que la dénaturation locale de l'ADN et l'interaction protéine-ADN."