La connaissance de la façon dont l'ADN se plie et se plie pourrait offrir une nouvelle perspective sur la façon dont il est traité dans les cellules tout en aidant à la conception de dispositifs nanométriques basés sur l'ADN, déclare un ingénieur biomédical de la Texas A&M University dont la nouvelle analyse de l'ADN basée sur le mouvement fournit une représentation précise de la flexibilité de la molécule.
Le modèle, qui jette un nouvel éclairage sur les propriétés physiques de l'ADN, a été développé par Wonmuk Hwang, professeur agrégé au département de génie biomédical de l'université, et son doctorat étudiant Xiaojing Teng. Hwang utilise la simulation informatique et l'analyse théorique pour étudier des biomolécules telles que l'ADN qui remplissent des fonctions essentielles dans le corps humain. Son dernier modèle, qui fournit une analyse basée sur le mouvement de l'ADN est détaillée dans la revue scientifique ACS Nano .
En plus d'abriter les informations génétiques nécessaires à la construction et au maintien d'un organisme, L'ADN possède des propriétés physiques incroyablement intéressantes qui le rendent idéal pour la construction de nanodispositifs, Notes de Hwang. Par exemple, l'ADN englobé dans le noyau d'une cellule humaine peut s'étendre jusqu'à quatre pieds lorsqu'il est étiré, mais grâce à un certain nombre de plis, des virages et des torsions, il reste dans un espace pas plus grand qu'un micron - une fraction de la largeur d'un cheveu humain. L'ADN est également capable d'être programmé pour l'auto-assemblage et le désassemblage, le rendant utilisable pour la construction de dispositifs nano-mécaniques.
Comprendre ses propriétés physiques uniques est essentiel pour libérer le potentiel de l'ADN en tant qu'outil de construction, mais des études antérieures, Hwang note, ont fourni des informations limitées sur la flexibilité de l'ADN. Ceci est largement dû à leur dépendance à l'égard de modèles structurels statiques de la molécule, dit Hwang. Contrairement à ces études, Le modèle de Hwang intègre une simulation atomistique afin que le mouvement thermique inhérent de l'ADN puisse être analysé. Hwang et son équipe sont alors capables de mesurer comment le brin d'ADN se déforme au cours de ce mouvement.
Le concept clé de l'analyse, Hwang explique, est connu comme « axe principal, ' qui indique essentiellement où une tige peut se plier le plus facilement ou où elle est la plus rigide. Par exemple, une règle peut se plier le plus facilement près de son côté plat alors qu'elle est la plus difficile à plier près de son bord mince, il dit. Un comportement similaire peut être observé pour l'ADN. Cette analyse basée sur le mouvement, Hwang dit, a déjà abouti à des découvertes clés et à des connaissances biologiques sur l'ADN.
Par exemple, une chaîne d'ADN en double hélice, Hwang note, peut avoir une flexibilité variable en fonction de la façon dont les séquences de nucléotides sur la chaîne sont organisées. Quoi de plus, Le modèle de Hwang a révélé que l'ADN réagissait de manière spécifique aux forces physiques - soit en torsion, soit en flexion. Cette réponse peut être observée lorsque les protéines se lient à l'ADN, explique Hwang. Lorsque les protéines se lient sans trop de coût énergétique, elles ont tendance à tordre l'ADN, mais la liaison à haute énergie entraîne davantage une courbure de l'ADN, dit Hwang.
Ces réactions minuscules, Hwang note, pourrait avoir de grandes implications, en particulier lorsqu'il s'agit d'utiliser l'ADN comme blocs de construction moléculaires pour les nanodispositifs tels que les systèmes d'administration de médicaments et les circuits dans les dispositifs plasmoniques. Construire des appareils incroyablement petits mais avancés est un objectif majeur de la nanotechnologie, et le faire avec de l'ADN n'est pas aussi farfelu qu'il y paraît. Tout au long des dernières années, les chercheurs ont utilisé le matériel génétique pour construire un certain nombre de constructions nanométriques, le façonner en diverses formes tridimensionnelles telles que des boîtes qui peuvent s'ouvrir et se fermer. Le processus, connu sous le nom d'origami ADN, est encore à ses débuts, mais les informations fournies par le modèle de Hwang pourraient aider les chercheurs à construire des constructions plus avancées.
"Conduire une voiture est une chose, mais la construire en est une autre; vous tournez la clé et appuyez sur la pédale d'accélérateur, et la voiture se déplace - vous pouvez l'utiliser sans avoir besoin de savoir ce qui se passe à l'intérieur de la voiture, " dit Hwang. " Mais pour vraiment concevoir une meilleure voiture, vous devez connaître les propriétés de ses composants et la façon dont ils sont assemblés. Il en va de même pour l'ADN car il continue d'être utilisé pour construire ces nanostructures, et nous lui fournissons une fiche technique mécanique grâce à notre analyse. »
