Uma pesquisa recente liderada pela Universidade de Cambridge revelou que o DNA, ao ser submetido a estresse, se enrola em formações organizadas semelhantes a molas, conhecidas como plectonemas. Esta descoberta desafia a crença científica de longa data de que o DNA apenas se emaranhava em nós caóticos sob pressão.
O avanço foi possibilitado por experimentos que utilizaram nanoporos, aberturas minúsculas através das quais uma única fita de DNA pôde passar. Ao colocar o DNA em uma solução salina alcalina e aplicar voltagem e fluxo de fluido, os pesquisadores induziram a rotação da molécula, gerando torque suficiente para torcer o DNA. Análises anteriores de sinais de corrente irregulares durante a passagem do DNA pelos nanoporos foram interpretadas como a formação de nós. No entanto, uma análise mais detalhada demonstrou que as estruturas eram, na verdade, plectonemas: espirais apertadas e ordenadas que se enrolam repetidamente sobre si mesmas.
Ulrich Keyser, físico que liderou o estudo na Universidade de Cambridge, destacou a importância da distinção: "Nós e plectonemas podem gerar sinais semelhantes nos nanoporos, mas têm origens diferentes: os nós são emaranhados apertados, enquanto os plectonemas funcionam como espirais induzidas por torque". Os testes confirmaram que os plectonemas podem atingir até 2.100 nanômetros, consideravelmente maiores que os nós, que medem cerca de 140 nanômetros. A introdução de pequenas interrupções no DNA, conhecidas como "nicks", reduziu a formação dessas espirais, reforçando que o estresse torsional é o principal gatilho.
Esta descoberta tem implicações significativas para a compreensão da dinâmica do DNA sob estresse. Embora os experimentos tenham sido realizados em laboratório, os pesquisadores acreditam que fenômenos semelhantes ocorram em células vivas, especialmente durante processos como a transcrição e a replicação do DNA. A capacidade do DNA de se organizar em plectonemas sob estresse pode influenciar a regulação gênica, afetando quais genes são ativados e em que momentos.
Desvios nesse equilíbrio podem estar associados ao desenvolvimento de doenças. A compreensão aprofundada dessas estruturas e de como elas respondem a forças mecânicas abre novas avenidas para a biologia molecular e a biotecnologia, oferecendo insights sobre a organização do genoma e o controle da atividade gênica.
A pesquisa, publicada na revista Physics Review X, utiliza a tecnologia de nanoporos, que permite a análise de material genético através da medição de corrente elétrica enquanto o DNA passa por essas minúsculas aberturas. A capacidade de distinguir entre nós e plectonemas com base na duração dos sinais elétricos abre caminho para leituras mais detalhadas da organização do DNA, integridade genômica e possíveis danos.
As descobertas podem aprofundar o entendimento sobre os emaranhamentos de DNA dentro das células, onde plectonemas e nós emergem regularmente pela ação de enzimas, desempenhando papéis cruciais na organização e estabilidade do genoma. Para biossensores e diagnósticos, a capacidade de controlar ou detectar essas estruturas torcidas pode levar a uma nova geração de biossensores mais sensíveis a mudanças sutis no DNA, potencialmente permitindo a detecção precoce de danos no DNA em doenças.
A pesquisa destaca o poder dos nanoporos não apenas como sensores sofisticados, mas também como ferramentas para manipular e estudar a dinâmica molecular do DNA, com potenciais aplicações em nanotecnologia e biotecnologia.