Les polymères sont longs, molécules en forme de chaîne qui sont partout en biologie. L'ADN et l'ARN sont des polymères formés par de nombreuses copies consécutives de nucléotides couplés ensemble. Lors du transport à l'intérieur ou entre les cellules, ces polymères biologiques doivent traverser des trous de taille nanométrique appelés « nanopores ».

Ce processus est également à la base d'une méthode en développement rapide pour l'analyse et le séquençage de l'ADN appelée détection des nanopores.

L'étude, publié dans la revue Physique de la nature, montre comment l'équipe dirigée par Cavendish a développé une nouvelle technique de type LEGO pour assembler des molécules d'ADN qui ont des bosses saillantes à des endroits spécifiques le long de leur longueur. En faisant passer ces molécules d'ADN à travers un nanopore et en analysant les changements simultanés dans le schéma du flux d'ions, les chercheurs ont déterminé avec une grande précision comment la vitesse de l'ADN change à mesure qu'il se déplace.

Les résultats expérimentaux ont révélé un processus en deux étapes où la vitesse de l'ADN ralentit initialement avant d'accélérer vers la fin de la translocation. Les simulations ont également démontré ce processus en deux étapes et ont permis de révéler que la physique sous-jacente du processus est déterminée en modifiant la friction entre l'ADN et le fluide environnant.

"Notre méthode d'assemblage de règles d'ADN moléculaire de type LEGO a donné un nouvel aperçu du processus d'enfilage des polymères à travers des trous incroyablement petits de quelques nanomètres seulement, ", a expliqué l'auteur principal, le Dr Nicholas Bell du laboratoire Cavendish de Cambridge. "La combinaison d'expériences et de simulations a révélé une image complète de la physique sous-jacente de ce processus et facilitera le développement de biocapteurs à base de nanopores. C'est très excitant que nous puissions maintenant mesurer et comprendre ces processus moléculaires dans les moindres détails."

« Ces résultats permettront d'améliorer la précision des capteurs nanopores dans leurs diverses applications, par exemple la localisation de séquences spécifiques sur l'ADN avec une précision nanométrique ou la détection précoce de maladies avec la détection d'ARN cible, ", a déclaré l'auteur principal Kaikai Chen.

"La résolution supérieure dans l'analyse des molécules passant à travers les nanopores permettra un décodage à faible erreur des informations numériques stockées sur l'ADN. Nous explorons et améliorons l'utilité des capteurs à nanopores pour ces applications."