Alla som har varit på en segelbåt vet att knutning är det bästa sättet att säkra ett rep i en krok och förhindra glidning. Liknande, knutar i sytrådar förhindrar att de glider igenom två tygstycken. Hur, sedan, kan långa DNA-filament, som har en invecklad och mycket knuten struktur, lyckas passera genom de små porerna i olika biologiska system? Detta är den fascinerande frågan som Antonio Suma och Cristian Micheletti tar upp, forskare vid International School for Advanced Studies (SISSA) i Trieste, som använde datorsimuleringar för att undersöka molekylens dynamik i sådana situationer. Studien har precis publicerats i PNAS , tidskriften för National Academy of Sciences of the United States.

"Vår beräkningsstudie kastar ljus över de senaste experimentella genombrotten för knutna DNA-manipulation, och lägger till intressanta och oväntade element, " förklarar Micheletti. "Vi observerade först hur knutna DNA-filament passerar genom små porer med en diameter på cirka 10 nanometer (10 miljarddelar av en meter). Beteendet som observerades i våra simuleringar stämde väl överens med de experimentella mätningarna som erhölls av ett internationellt forskarlag under ledning av Cees Dekker, som publicerades för bara några månader sedan i Naturens bioteknik . Dessa avancerade och sofistikerade experiment markerade en vändpunkt för att förstå DNA-knutning. Dock, nuvarande experiment kan inte upptäcka hur DNA-knutar faktiskt passerar genom den smala poren.

"Faktiskt, fenomenet uppstår över en liten rumslig skala som är otillgänglig för mikroskop. Det är därför vår grupp tillgripit vad den store tyske biofysikern Klaus Schulten kallade "beräkningsmikroskopet, ' det är, datorsimuleringar."

Suma och Micheletti förklarar:"Simuleringarna visade att knutens passage kan ske på två distinkta sätt:Ett där knuten är tät, och den andra där knuten är mer delokaliserad. I båda fallen, knuten passerar inte bara genom poren, men det gör det på väldigt kort tid."

Dessutom, knuten passerar vanligtvis i de sista stadierna av translokationen, när det mesta av DNA-strängen redan har passerat. "Men det finns något mer som är kontraintuitivt, " uppger författarna. "Storleken på knuten, vare sig det är litet eller stort, verkar inte påverka porobstruktionstiden så mycket. Det senare beror istället på translokationshastigheten, som, i tur och ordning, beror på utgångsläget för knuten längs glödtråden." Dessa resultat, säger forskarna, borde hjälpa utformningen av framtida experiment som undersöker den spontana knutningen av DNA, en fortfarande till stor del outforskad plats, speciellt när det gäller storleken på DNA-knutarna.

Att främja vår nuvarande förståelse av knutar i biologiska molekyler är viktigt för att klargöra deras implikationer i biologiska sammanhang såväl som i tillämpningssammanhang, såsom DNA-sekvensering med nanoporer. Suma och Micheletti hoppas att de lovande riktningarna som deras studie föreslår kan leda till en mer detaljerad och korrekt profilering av intrassling i DNA, RNA och proteiner.