ENGENHEIROS QUÍMICOS DESCOBREM COMO CONTROLAR NÓS QUE SE FORMAM NAS MOLÉCULAS DE DNA

Assim como qualquer cadeia longa de polímero, o DNA tende a formar nós. Os pesquisadores do MIT conseguiram, pela primeira vez, descobrir os fatores que determinam se um nó se move ao longo do fio ou se “atola” no lugar, através de tecnologia que lhes permite esticar moléculas de DNA e visualizar o comportamento desses nós.

“Os estudiosos da física dos polímeros sugeriram que os nós podem atolar, mas não houve bons sistemas-modelo para testá-la”, diz Patrick Doyle, professor de engenharia química, vencedor do prêmio Robert T. Haslam e principal autor do estudo. “Nós mostramos que o mesmo nó pode ficarr preso ou móvel ao longo da mesma molécula. Você muda as condições e de repente pára, e depois muda de novo e de repente se move.”

As descobertas podem ajudar os pesquisadores a desenvolver maneiras de desatar nós de DNA, o que ajudaria a melhorar a precisão de algumas tecnologias de sequenciamento do genoma ou a promover a formação de nós. A indução de formação de nós poderia melhorar alguns tipos de sequenciamento ao retardar a passagem das moléculas de DNA pelo sistema, dizem os pesquisadores.

Alexander Klotz, pós-doutor do MIT, é o primeiro autor do artigo, publicado na edição de 3 de maio da Physical Review Letters.

Nós em movimento

Doyle e seus alunos estudam a física dos nós poliméricos, como o DNA, há muitos anos. O DNA é bem adequado para tais estudos porque é uma molécula relativamente grande, tornando simples a imagem com um microscópio, e pode ser facilmente induzida a formar nós.

“Temos um mecanismo que faz com que as moléculas de DNA colapsem em uma pequena bola, que quando nos estendemos contém nós muito grandes”, diz Klotz. “É como colocar seus fones de ouvido no bolso e puxá-los cheios de nós.”

Uma vez que os nós se formam, os pesquisadores podem estudá-los usando um sistema microfluídico especial que eles projetaram. O canal tem o formato de um T, com um campo elétrico que diverge no topo do T. Uma molécula de DNA localizada no topo do T será puxada igualmente em direção a cada braço, forçando-o a permanecer no lugar.

A equipe do MIT descobriu que eles poderiam manipular nós nessas moléculas de DNA fixadas variando a força do campo elétrico. Quando o campo é fraco, os nós tendem a se mover ao longo da molécula em direção ao final mais próximo. Quando eles chegam ao fim, eles se desvencilham.

“Quando a tensão não é muito forte, eles parecem estar se movendo ao redor aleatoriamente. Mas se você observar por muito tempo, eles tendem a se mover em uma direção, em direção ao fim mais próximo da molécula”, diz Klotz.

Quando o campo é mais forte, forçando o DNA a se esticar completamente, os nós ficam presos no lugar. Esse fenômeno é semelhante ao que acontece com um nó em um colar de contas, já que o colar é puxado com mais força, dizem os pesquisadores. Quando o colar é frouxo, um nó pode se mover ao longo dele, mas quando ele é esticado, as contas do colar se aproximam e o nó fica preso.

“Quando você aperta o nó esticando mais a molécula de DNA, ela aproxima os fios um do outro, e isso aumenta a fricção”, diz Klotz. “Isso pode sobrecarregar a força motriz causada pelo campo elétrico”.

Remoção do nó

Os nós de DNA também ocorrem nas células vivas, mas as células possuem enzimas especializadas,que podem desembaraçar esses nós. As descobertas da equipe do MIT sugerem uma maneira possível de remover os nós do DNA fora das células com relativa facilidade, aplicando um campo elétrico até que os nós percorram todo o caminho até o final da molécula.

Isso pode ser útil para um tipo de sequenciamento de DNA conhecido como mapeamento de nanocanto, que envolve esticar o DNA ao longo de um tubo estreito e medir a distância entre duas seqüências genéticas. Essa técnica é usada para revelar mudanças no genoma em larga escala, como duplicação de genes ou genes que se movem de um cromossomo para outro, mas nós no DNA podem dificultar a obtenção de dados precisos.

Para outro tipo de sequenciamento de DNA conhecido como sequenciamento de nanoporos, pode ser benéfico induzir nós no DNA, porque os nós fazem com que as moléculas diminuam ao viajarem pelo seqüenciador. Isso pode ajudar os pesquisadores a obter informações de sequência mais precisas.

Usar essa abordagem para remover nós de outros tipos de polímeros, como os usados ​​para fazer plásticos, também pode ser útil, porque os nós podem enfraquecer os materiais.

Os pesquisadores estão agora estudando outros fenômenos relacionados a nós, incluindo o processo de desatar nós mais complexos do que aqueles que eles estudaram neste artigo, bem como as interações entre dois nós em uma molécula.

A pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Ciência e pela Fundação Nacional de Pesquisa de Cingapura, através da Aliança de Pesquisa e Tecnologia do MIT de Cingapura.

Fonte: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180503142630.htm

Referência: Alexander R. Klotz, Beatrice W. Soh, Patrick S. Doyle. Motion of Knots in DNA Stretched by Elongational FieldsPhysical Review Letters, 2018; 120 (18) DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.188003

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