Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge, we współpracy z National University of Singapore, dokonali przełomowego odkrycia dotyczącego struktury DNA. Przez lata sądzono, że zestresowane nici DNA plączą się, tworząc chaotyczne węzły. Jednak najnowsze badania, opublikowane w periodyku "Physics Review X", wykazały, że pod wpływem naprężeń DNA zwija się w uporządkowane, sprężyste struktury zwane plektonemami.
Przełomowe ustalenia zostały osiągnięte dzięki zastosowaniu zaawansowanych technik eksperymentalnych, w tym badań z wykorzystaniem nanoporów. Nanopory, czyli mikroskopijne otwory, pozwoliły na precyzyjną analizę pojedynczych nici DNA podczas ich przepływu. W eksperymentach DNA umieszczano w lekko zasadowym roztworze soli i poddawano działaniu napięcia elektrycznego oraz przepływu płynu, co generowało moment obrotowy powodujący skręcanie cząsteczki DNA.
Wcześniejsze interpretacje nieregularnych sygnałów elektrycznych obserwowanych podczas przepuszczania DNA przez nanopory wskazywały na powstawanie węzłów. Jednak szczegółowa analiza danych ujawniła, że struktury te są w rzeczywistości plektonemami – ciasno upakowanymi, spiralnymi zwojami. Różnica między tymi strukturami jest kluczowa: węzły mają średnio około 140 nanometrów średnicy, podczas gdy plektonemy są znacznie większe, osiągając około 2100 nanometrów.
Odkrycie to ma istotne implikacje dla biologii molekularnej i biotechnologii. Naukowcy sugerują, że podobne struktury plektonemiczne mogą formować się podczas kluczowych procesów życiowych, takich jak transkrypcja czy replikacja DNA. Precyzyjne rozróżnienie czasowe między sygnałami generowanymi przez plektonemy (w skali milisekund) a tymi pochodzącymi od węzłów (poniżej 100 mikrosekund) otwiera nowe możliwości w diagnostyce medycznej, pozwalając na dokładniejszą identyfikację różnych struktur DNA w badaniach nanoporowych.
Możliwość wykorzystania tworzenia się plektonemów jako miary integralności DNA może zrewolucjonizować wykrywanie uszkodzeń genetycznych. DNA z nacięciami wykazuje zmniejszone tworzenie się tych sprężystych struktur, co sugeruje, że technologia nanoporowa może stać się cennym narzędziem w identyfikacji wad genetycznych. Zrozumienie, jak DNA reaguje na naprężenia, pozwala na głębsze pojmowanie jego dynamicznego zachowania w żywych komórkach i otwiera nowe ścieżki dla innowacji w medycynie i biotechnologii.