Ett annorlunda tillvägagångssätt för att analysera rörelsen hos diffunderande molekyler har hjälpt till att välta det antagna antagandet att DNA-molekyler rör sig på ett slumpmässigt sätt. KAUST -forskare avslöjar för första gången att DNA -molekyler rör sig inte av slumpmässig brunrörelse utan av en icke -slumpmässig promenad relaterad till polymerdynamik på ett sätt som bevarar övergripande bruna egenskaper.

"Brownisk rörelse är en process där molekyler rör sig slumpmässigt i en vätska genom att kollidera med andra molekyler, "förklarade Dr Maged Serag, en postdoktor i biovetenskap vid KAUST. "I levande celler, Brownisk rörelse gör att molekyler kan röra sig snabbt och effektivt mellan cellorganeller och interagera med andra molekyler. "

Under många decennier har forskare har använt ett relativt enkelt test för att avgöra om molekylär diffusion är brun:när medelkvadratförskjutningen (MSD) för en population av molekyler ökar linjärt över tiden. I ett enhetligt medium som rent vatten, detta innebär att en droppe saltlösning kommer att expandera med en hastighet som gör att MSD ökar linjärt med tiden.

DNA överensstämmer med detta makroskala diffusionsbeteende, och så har man antagit att dess rörelse är brunisk som andra molekyler. Dock, det är också känt att DNA, är en lång polymermolekyl, vrider sig spontant på grund av intramolekylära krafter.

"DNA-molekylen kan ses som en halvflexibel kedja, "sade Serag." Om vi ​​följer dess rörelse vid korta tidsskalor och i ett utrymme nära dess storlek, vi ser maskliknande rörelsebeteende. "

Serag och kollega docent Satoshi Habuchi gav sig ut för att se om denna vridande rörelse kan påverka spridningen av DNA.

"Dr Serag kom på en unik idé för att beskriva en molekyls rörelse baserat på sannolikheten för att inta gitterplatser snarare än genom medelkvadratförskjutning, "sa Habuchi." MSD har varit standardmetoden för att upptäcka avvikelser från brunisk rörelse, men det avslöjar ingen icke -slumpmässig rörelse för DNA -molekyler. Genom att använda denna sannolikhetsmetod istället, vi kunde upptäcka och kvantifiera dold icke -slumpmässig rörelse. "

Genom att utveckla en ny teoretisk ram där rörelse modelleras på ett stegvis sätt som tar hänsyn till molekylär böjning, Det visade sig att DNA -molekyler rörde sig slumpmässigt med varierad hastighet och molekylärt "spår" på ett sätt som exakt bevarade den bruna linjära MSD.

"Det viktigaste resultatet av denna studie är att vi har visat att en linjär MSD inte alltid indikerar bakomliggande brunisk rörelse, "förklarade Habuchi." Med denna nya teoretiska ram, vi kan upptäcka den icke -slumpmässiga rörelsen för enstaka molekyler som inte kan fångas upp med konventionell MSD -analys. "