I ricercatori hanno scoperto un tipo di movimento molecolare precedentemente sconosciuto all'interno delle goccioline di DNA, che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dei processi cellulari e aprire la strada a biomateriali avanzati. Questa scoperta potrebbe portare a significativi progressi in medicina e nella scienza dei materiali.
Scienziati dell'Università Johannes Gutenberg di Magonza, dell'Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri e dell'Università del Texas ad Austin hanno osservato che le molecole ospiti, quando entrano in goccioline fatte di polimeri di DNA, non si diffondono in modo casuale. Invece, si muovono attraverso le goccioline in modo ordinato, formando un fronte netto, a forma di onda. "Questo è un comportamento completamente inaspettato", spiega Weixiang Chen del Dipartimento di Chimica della JGU. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Nanotechnology.
Nel modello di diffusione classico, le molecole nei liquidi si diffondono gradualmente. Ad esempio, quando una goccia di colorante blu viene aggiunta all'acqua, il colore si disperde lentamente. Tuttavia, le molecole ospiti nelle goccioline di DNA si comportano in modo diverso. Secondo il professor Dr. Andreas Walther del Dipartimento di Chimica della JGU, "Le molecole si muovono in modo strutturato e controllato che contraddice i modelli classici, assomigliando a un'onda molecolare o a un confine in movimento".
Il team di ricerca ha utilizzato goccioline composte da migliaia di singoli filamenti di DNA, noti anche come condensati biomolecolari. La caratteristica unica di queste goccioline è che le loro proprietà possono essere regolate con precisione utilizzando la struttura del DNA e parametri come la concentrazione di sale. Queste goccioline hanno anche rilevanza nelle cellule biologiche, che utilizzano condensati simili per organizzare una biochimica complessa senza membrane. Chen afferma: "Le nostre goccioline sintetiche formano quindi un eccellente sistema modello per imitare e comprendere meglio i processi naturali". I ricercatori hanno introdotto filamenti di DNA "ospiti" appositamente progettati nelle goccioline di DNA, che potevano riconoscere e legarsi specificamente all'interno delle goccioline. Il nuovo movimento delle molecole ospiti è attribuito al principio chiave-serratura, in cui il DNA aggiunto e il DNA presente nella gocciolina si legano tra loro. Questo crea uno stato dinamico, che è un fenomeno completamente nuovo nei materiali morbidi, secondo Chen.
Questi risultati sono importanti non solo per la comprensione della fisica dei materiali morbidi, ma anche per i processi chimici nelle cellule. Walther suggerisce: "Potrebbero essere uno dei pezzi mancanti del puzzle per capire come le cellule regolano i segnali e organizzano gli eventi molecolari". Questo è particolarmente interessante per il trattamento delle malattie neurodegenerative, in cui le proteine migrano dai nuclei cellulari al citoplasma e formano condensati. Con l'età, questi passano da uno stato dinamico a uno più solido, formando fibrille problematiche. Walther conclude: "È almeno concepibile che questi processi di invecchiamento possano essere influenzati con l'aiuto dei nostri risultati, il che aprirebbe un'opzione di trattamento completamente diversa per le malattie neurodegenerative a lungo termine".