Полімери-це речовини, що складаються з довгих ланцюжків молекул (мономерних ланок), з’єднаних хімічними або координаційними зв’язками. Одним з яскравих прикладів полімерів є днк і рнк, які представляють собою безліч з’єднаних послідовних копій нуклеотидів.
Всередині організму полімери рухаються між клітинами, при цьому проходячи через нанометрові отвори або нанопори. Цей процес ліг в основу методу аналізу і секвенування днк (встановлення послідовності нуклеотидів в молекулі) і отримав назву «зондування нанопор».
художнє уявлення транспортування полімеру днк через найдрібніший отвір нанопори. Зображення: kaikai chen
Тепер вчені з массачусетсу і кембриджа розробили нову техніку збірки молекул днк. Як відомо, цей будівельний матеріал являє собою не гладкі цеглинки, а має нерівності на своїй поверхні. Це наштовхнуло вчених на створення нової моделі збірки молекул, яка нагадує дитячий конструктор lego.
Дослідники пропустили зібрану модель через нанопори і проаналізували при цьому зміни структури потоку іонів, що допомогло їм з великою точністю визначити зміну швидкості днк при русі.
За результатами експерименту стало ясно, що швидкість днк змінюється поетапно: спочатку вона сповільнюється, а ближче до кінця транслокації (хромосомної мутації, при якій відбувається перенесення частини хромосоми) прискорюється. За допомогою створеної моделі дослідники змогли побачити цей двоетапний процес і виявити, що в його основі лежить зміна тертя днк з навколишнім середовищем.
Lego-подібний метод складання молекулярної днк дозволив розглянути процес проходження полімерів через найдрібніші отвори зовсім під іншим кутом. Тепер вчені-фізики можуть спостерігати і вимірювати молекулярні процеси з найдрібнішими подробицями, і результати подальших експериментів допоможуть їм розробляти біосенсори на основі нанопор.
Такі датчики допоможуть локалізувати певні послідовності людської днк з нанометровою точністю, щоб виявити різні хромосомні захворювання на ранній стадії.
Рання діагностика вкрай важлива для успішного своєчасного лікування, але раніше вона була пов’язана з великими технічними проблемами — виявити відхилення в маленькому обсязі клінічного зразка з невеликою концентрацією молекул досить складно. Вчені більше трьох десятків років розробляли і вивчали мініатюрні біосенсори, щоб ідентифікувати окремі молекули.
Тепер цілком ймовірно, що через деякий час подібні біосенсори зможуть знаходити маркери раку та інших хвороб швидше і краще, а також допоможуть підвищити ефективність лікування цих захворювань.
Крім того, вченим стане доступно декодування цифрової інформації, яка зберігається в днк, з більшою точністю і меншим числом помилок.
