Аккуратно тяните: ДНК нужно мягко проводить через нанопору

Проводить длинные молекулярные цепи, такие как ДНК, через «нанопору» (пору шириной всего в несколько миллионных долей миллиметра) непросто, так как они имеют свойство запутываться. Моделирование, проведенное международной группой ученых, включая исследователей SISSA, предложило решение: лучше «тянуть» цепь мягко, не прилагая слишком много силы, иначе молекула может остановиться из-за чрезмерного трения. Это важное наблюдение для создания инновационных методов секвенирования ДНК.

Разрабатывается новый метод секвенирования ДНК, который предполагает электрохимический анализ каждой отдельной цепи, пропуская ее через нанопору. Поскольку длинные цепи ДНК (полиэлектролиты) склонны запутываться, ученые, включая Анджело Розу из Международной школы перспективных исследований (SISSA), теоретически изучили динамику этого процесса с помощью моделирования.

Модель показала, что заклинивание вызвано не самим наличием узла, а соотношением между трением и силой, приложенной для проталкивания молекулы в пору. «Узлы вводят эффективное трение, которое увеличивается с прилагаемой силой, тянущей полимер через нанопору. Транслокация останавливается только при превышении порогового значения силы», — пояснил Кристиан Микелетти, соавтор статьи в Physical Review Letters.

«Согласно нашим наблюдениям, чтобы избежать закупорки поры и остановки транслокации, прилагаемую силу следует контролировать, не тянуть слишком сильно», — объяснил Анджело Роза.

Это исследование — лишь первый шаг. Для получения количественных деталей (каково это пороговое значение и как дозировать силу для максимизации эффективности метода) потребуются более глубокие исследования как на теоретическом (разработанная модель является мезоскопической, а не атомистической), так и на экспериментальном уровне.

Подробнее…

Секвенирование нанопорами — это инновационная техника, альтернатива более традиционным методам, таким как ПЦР. Метод включает разделение двух цепей нуклеотидов, составляющих двойную спираль ДНК, и их анализ по одной. Каждая цепь проводится через нанопору, при этом регистрируются электрические изменения во время транслокации. Это электрохимический метод: изменения в электрическом поле дают информацию о химическом составе молекулы, проходящей через пору, что позволяет восстановить последовательность.

До сих пор этот метод давал хорошие результаты с короткими фрагментами ДНК, в то время как с длинными возникали трудности из-за образования узлов. Поэтому исследования, подобные работе Розы, Ди Венты и Микелетти, являются важным шагом для повышения его эффективности.