I ricercatori ci mostrano come la velocità di un polimero di DNA cambia mentre si muove attraverso un foro di dimensioni nanometriche, aprendo la strada a sensori a nanopori migliori.
Quando pensiamo ai polimeri, la maggior parte di noi immagina il poliestere che si trova in tanti vestiti, il polietilene utilizzato negli imballaggi alimentari o il teflon impiegato per realizzare le pentole antiaderenti. Tuttavia, i polimeri si trovano anche in natura: nella cellulosa, nelle proteine e persino nel DNA.
I polimeri sono definiti come grandi molecole costituite da lunghe catene di molecole più piccole. Se trasportati all’interno e tra le cellule, i polimeri come il DNA devono passare attraverso pori di dimensioni nanometriche, o nanopori. Oltre a sostenere molti processi biologici, il trasporto di polimeri costituisce anche la base per una vasta gamma di tecnologie di rilevamento utilizzate per individuare e sequenziare singole molecole di DNA.
I ricercatori sostenuti in parte dal progetto DesignerPores, finanziato dall’UE, hanno sviluppato una nuova tecnica per misurare come cambia la velocità del DNA mentre questo si muove attraverso un nanoporo. Il loro studio è stato pubblicato su «Nature Physics».
La tecnica, soprannominata «tecnica LEGO» in un articolo pubblicato su «Phys.org», prevede l’«assemblaggio di molecole di DNA che hanno protuberanze sporgenti in punti specifici sulla loro lunghezza». Il gruppo di ricerca ha fatto passare le molecole attraverso un nanoporo e ha osservato il conseguente mutamento del modello del flusso di ioni. In tal modo, si è potuto rilevare con precisione il cambiamento della velocità del DNA durante il processo.
I risultati hanno rivelato un comportamento bifasico. Inizialmente, durante il passaggio attraverso il nanoforo, il DNA ha rallentato per poi accelerare avvicinandosi alla fine del processo. Le simulazioni hanno indicato che il comportamento del DNA è cambiato con l’alterazione dell’attrito tra il polimero e il fluido circostante.«Il nostro metodo per assemblare righelli di DNA molecolare con la tecnica “LEGO” fornisce nuove informazioni in merito al processo di passaggio dei polimeri attraverso fori incredibilmente piccoli, di appena pochi nanometri», ha osservato l’autore senior dello studio, il dottor Nicholas Bell del Laboratorio Cavendish presso l’Università di Cambridge, che ospita il progetto DesignerPores. «La combinazione di esperimenti e simulazioni ha rivelato un quadro completo della fisica alla base di questo processo e contribuirà allo sviluppo di biosensori basati su nanopori. È molto stimolante poter finalmente misurare e comprendere questi processi molecolari nei minimi dettagli.»
Secondo l’autore principale, il dottor Kaikai Chen, anch’egli del Laboratorio Cavendish, «questi risultati contribuiranno a migliorare l’accuratezza dei sensori a nanopori nelle loro varie applicazioni, ad esempio nella localizzazione di sequenze specifiche sul DNA con precisione nanometrica o nell’individuazione precoce di malattie con il rilevamento di RNA bersaglio».
Il dottor Chen ha proseguito spiegando: «La risoluzione superiore nell’analisi delle molecole che passano attraverso i nanopori consentirà di decodificare le informazioni digitali memorizzate sul DNA con un tasso di errore basso. Stiamo analizzando e migliorando l’utilità dei sensori a nanopori per queste applicazioni.»
Il gruppo di ricerca comprendeva anche scienziati dell’Università del Massachusetts negli Stati Uniti. Il progetto DesignerPores (Understanding and Designing Novel NanoPores), della durata di sei anni, si è concluso a giugno 2021.
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