Come identificare la composizione genetica di molecole biopolimeriche

Il passaggio attraverso la membrana cellulare di biopolimeri rappresenta un meccanismo fondamentale in molti processi biologici e di interesse nano-tecnologico quali le infezioni virali, il sequenziamento del DNA, o lo sviluppo di terapie geniche. Molti gruppi di ricerca sono impegnati nella messa a punto di esperimenti volti a identificare la composizione genetica di molecole biopolimeriche, come il DNA, attraverso la rilevazione del segnale elettrico generato al passaggio delle stesse attraverso nano-canali sintetici. Tecniche di questo tipo offrono una prospettiva di processamento ultraveloce, nell'ordine di un milione di basi al secondo, permettendo, per dare un'idea, la decodifica di un intero genoma umano in circa un'ora. Lo studio sperimentale dei processi di traslocazione biomolecolare è però molto complesso e costoso e richiede l'ausilio di avanzate tecniche di modellistica matematico/fisica e di calcolo numerico. La figura in alto, ad esempio, risultato di una simulazione realizzata con il codice di calcolo multi-scala MUPHY, sviluppato dall'Istituto Applicazioni del Calcolo e dalla School of Engineering and Applied Sciences di Harvard, mostra due segmenti di DNA in fase di traslocazione attraverso una membrana cellulare, sotto l'effetto di un campo elettrico esterno. La nuvola color rame intorno alla molecola rappresenta la cosiddetta sinergia idrodinamica, una misura quantitativa del moto orchestrato delle circostanti molecole di solvente (principalmente acqua), che accompagnano e facilitano il processo di traslocazione stesso.

Autori: M. Bernaschi, S. Melchionna, S. Succi, M. Fyta and E. Kaxiras

Titolo: Quantized Current Blockade and Hydrodynamic Correlations in Biopolymer Translocation Through Nanopores: Evidence from Multiscale Simulations

Rivista: Nano Letters

Anno: 2008

Riferimenti bibliografici: 8 (2008), p. 1115