Các nhà khoa học tại Đại học Cambridge đã công bố một nghiên cứu đột phá, lật đổ quan niệm khoa học kéo dài hàng thập kỷ về cách thức hoạt động của DNA dưới áp lực. Thay vì bị rối và tạo thành các nút thắt hỗn loạn như từng được tin tưởng, các sợi DNA khi chịu áp lực thực tế xoắn lại thành các cấu trúc có tổ chức, giống như lò xo, được gọi là plectonemes.
Khám phá này, được công bố trên tạp chí Physics Review X, sử dụng công nghệ nanopore, những lỗ nhỏ cho phép một sợi DNA đi qua. Bằng cách đặt DNA vào dung dịch nước muối kiềm và áp dụng điện áp cùng dòng chảy, các nhà nghiên cứu đã tạo ra mô-men xoắn làm DNA quay và xoắn lại. Các tín hiệu dòng điện bất thường trước đây được cho là do nút thắt, nay đã được xác định là do sự hình thành của các plectonemes – những xoắn ốc chặt chẽ, có trật tự.
Đội ngũ nghiên cứu, dẫn đầu bởi Ulrich Keyser, đã phát hiện ra sự khác biệt quan trọng giữa nút thắt và plectonemes. Nút thắt là sự rối loạn, trong khi plectonemes là các cuộn dây có tổ chức được tạo ra bởi mô-men xoắn. Các plectonemes có thể có kích thước đáng kể, lên tới khoảng 2.100 nanomet, so với các nút thắt nhỏ hơn chỉ khoảng 140 nanomet. Việc tăng điện áp làm tăng mô-men xoắn và do đó làm cho các plectonemes trở nên phổ biến hơn.
Thí nghiệm với các vết cắt có chủ đích trong sợi DNA đã củng cố thêm phát hiện này. Những vết cắt này cho phép DNA quay tự do hơn, làm giảm sự xuất hiện của plectonemes và xác nhận sự phụ thuộc của chúng vào sức căng trong phân tử. Phát hiện này có ý nghĩa sâu sắc đối với việc hiểu động lực học của DNA dưới áp lực, có khả năng ảnh hưởng đến các lĩnh vực như di truyền học phân tử và công nghệ sinh học, cũng như cách thức điều hòa gen của tế bào và hành vi của DNA trong các quá trình quan trọng.
Khả năng phân biệt giữa mô-men xoắn do nanopore tạo ra và mô-men xoắn tồn tại trong DNA tự nhiên có thể mở đường cho sự hiểu biết sâu sắc hơn về sự siêu xoắn và ảnh hưởng của nó đến hoạt động gen, từ đó nâng cao kiến thức của chúng ta về di truyền học và sinh học phân tử của sự sống.