L'objectif, entrepris par une équipe de recherche dirigée par Cristian Micheletti de SISSA et récemment publié dans Physical Review Letters, était de reconstruire avec précision comment les parties d'une molécule complexe sont maintenues ensemble en sachant comment la molécule se dégrade et se décompose. En se concentrant sur le déroulement d'une double hélice d'ADN lors d'un déplacement à grande vitesse à travers un nanopore, les chercheurs ont reconstruit les paramètres thermodynamiques fondamentaux de l'ADN à partir de la vitesse unique de l'événement.
Il est bien connu que la translocation des polymères à travers les nanopores est un sujet théorique important avec de nombreuses applications pratiques telles que le séquençage du génome. Rappelons que dans la seconde, un filament d'ADN est forcé de passer à travers un pore suffisamment petit pour qu'un seul brin en double hélice passe, laissant l'autre brin derrière lui. L'effet de décompression qui en résulte est la division et le démêlage inévitables de la double hélice d'ADN déplacée.
Le premier auteur Antonio Suma de l'Université de Bari et Vincenzo Carnevale de l'Université Temple sont également membres de l'équipe de recherche. Ils ont utilisé un cluster d'ordinateurs pour simuler le processus, avec diverses forces motrices suivant la vitesse à laquelle l'ADN se dépliait ; il s'agit d'un type de données qui, bien que facilement obtenu dans les expériences, n'a pas reçu beaucoup d'attention.
Le développement et la physique de la structure de la double hélice d'ADN
À l'aide de modèles théoriques et mathématiques publiés précédemment, les chercheurs ont pu "travailler en arrière" en utilisant des informations liées à la vitesse pour reconstruire avec précision la thermodynamique du développement et de la rupture de la structure en double hélice.
Selon les chercheurs, « les idées précédentes reposaient sur une connaissance précise de la thermodynamique d'un système moléculaire, qui servait ensuite à prédire la réponse à des pressions extérieures plus ou moins intrusives. Cela représente en soi un défi important. Pour reconstruire les propriétés de la thermodynamique, nous nous sommes penchés sur le problème inverse : nous sommes partis de la réponse de l'ADN à des facteurs de stress sévères, comme le déroulement forcé de la double hélice.
"L'expérience semblait vouée à l'échec en raison de la nature intrusive et rapide du processus d'ouverture de la fermeture éclair, ce qui explique probablement pourquoi cela n'avait jamais été fait auparavant. Nous avons également réalisé que, le cas échéant, des modèles théoriques et mathématiques pertinents pourraient nous fournir une solution viable au problème. Après avoir examiné la grande quantité de données collectées, nous étions vraiment ravis de voir que c'était exactement le cas ; Nous étions heureux d'avoir eu la bonne intuition.
Parce que la méthode utilisée dans l'étude est universelle, les chercheurs pensent qu'ils pourraient l'appliquer à d'autres systèmes moléculaires au-delà de l'ADN, qui sont encore pour la plupart inconnus. Un exemple est les moteurs moléculaires, qui sont des agrégats de protéines qui utilisent de l'énergie pour subir des transformations cycliques, comme les moteurs de notre vie quotidienne.
« Les études sur les moteurs moléculaires ont jusqu'à présent commencé par faire des hypothèses sur leur thermodynamique et comparer les prédictions avec des données expérimentales. La nouvelle méthode que nous avons démontrée, avec des avantages conceptuels et pratiques évidents, permettra l'adoption de la voie inverse, c'est-à-dire l'utilisation de données provenant d'essais hors équilibre pour économiser la thermodynamique.
Source : phys.org/news
Günceleme: 19/03/2023 15:02