Araştırmacılar DNA’nın küçük dizileme araçları tarafından nasıl kontrol edileceği üzerinde çalıştıkları zaman bir moleküler jimnastik gösterisinin tanığı olacaklarını bilmiyorlardı.
Hızlı, doğru ve düşük maliyetli DNA dizileme teknolojisi kişisel tıbbın ilk adımlarından birisidir. Bir DNA molekülünü nanopor adı verilen küçük bir delik boyunca bir grafen tabakasının içine muamelesi DNA dizisinin araştırmacılar tarafından okunmasına izin vermişti. Ancak, DNA’nın delikten geçme hızının kontrolü üzerinde çalışılması gerekmekteydi. Yayınlanan yeni bir makalede grafen tabakaya uygulanan bir elektrik yükünün DNA’nın her bir nükleotidinin pordan geçişi sırasında kontrollü bir şekilde olduğu belirtildi.
Bilim insanları grafendeki pozitif yükün DNA’nın nanopordan geçişini hızlandırmasına rağmen negatif yükün DNA’nın hareketini durduğunu buldular. Dahası, DNA’nın grafen yüzey boyunca dans ederek DNA nükleotid dizisine spesifik olmak üzere daha önce görülmemiş hareketler sergilediği gözlemlendi.
“Kuğu Gölü” balesini anımsayan araştırmacılar, grafenin yüzeyi yüklendiğinde DNA’nın sergilediği akrobatik hareketler yani çok çeşitli DNA konformasyonları karşısında şaşırdılar. Yüzeyde yatmayı başlatan bir DNA dizisi, yük değiştirildiği zaman yukarı doğru itmeyi sağlar gibi yan kısımlarında eğilmeler gerçekleştirdi. Tıpkı bir balerinin parmak ucunda yukarı doğru yükselmesi gibi DNA’yı nanopordan tekrar dışarı doğru itmeyi sağlayan DNA dizileri de vardır.
Konformasyonlar oldukça farklıdır ve DNA’daki diziye spesifiktir çünkü her bir nükleotid atomların negatif yükleri olan elektronların kısmen farklı dağılımlarına sahiptir. Hatta bir geni açıp ya da kapatan küçük bir kimyasal değişim olan bir nükleotidin metillenmesi bile gözle görünür bir farklılık yaratmaktadır. Grafendeki yükün değiştirilmesiyle araştırmacılar por boyunca DNA’nın hareketiyle birlikte şeklini de kontrol edebilecekler. İşlem geri dönüşümlü olabildiği için yani bir konformasyona zorlanan DNA daha sonra eski haline uygulanan elektrik yüküyle dönebildiği için jimnastik olarak adlandırılmaktadır.
Kullanılan süper bilgisayarlar sayesinde araştırmacılar kompleks DNA molekülü içindeki her bir atomu haritalandırdılar ve çok farklı DNA dizilerinin üç boyutlu sayısız simülasyonunu incelediler. Yoğun olarak bilgisayarda modellemeye dayalı bir proje olduğundan eğer süper bilgisayarlar kullanılmasaydı herhangi bir sonuca varmak için uzun zaman gerekecekti.
Bilim insanları bir sonraki aşamada bir sensörle birlikte yüklü bir nanoporun bir araya geldiği DNA dizileme cihazı geliştirmek istiyorlar. Böylece hareket kontrolü ve nükleotid tanınmasının her ikisini de birlikte gerçekleştiren bir araç yapılabilecek. DNA’nın sadece çifte sarmaldan ibaret olmayıp pek çok özelliğe sahip karmaşık bir yapı olduğunu düşünen araştırmacılar ayrıca bu çalışmalarıyla, genlerin nasıl ifade edildiği ve düzenlendiğini inceleyen epigenetiğe ışık tutacak beklenmedik konformasyonel değişiklikleri keşfetmeyi de umuyorlar.