Als u voldoende hard aan het DNA trekt, kan het zich ontvouwen, verdubbeling van de totale lengte. Deze nieuwe staat van DNA wordt vandaag bekendgemaakt door onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) en de Vrije Universiteit Amsterdam (VU). Hun theoretische model voorspelde het bestaan ​​van deze unieke staat, die ze 'hyperstretched DNA' hebben genoemd vanwege het feit dat het meer uitgebreid is dan welke vorm van DNA dan ook die eerder is gezien. Een elegant microscopie-experiment bevestigde deze voorspelling. Hun werk verschijnt vandaag in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

DNA kan worden uitgerekt als een elastische band. Binnen de kern, de lange dubbele helices zijn meestal verfrommeld. Wanneer de genetische informatie moet worden gelezen, echter, die DNA-moleculen moeten worden vervormd en geopend, om toegang tot de individuele basenparen mogelijk te maken. Daten, men dacht dat DNA maximaal 1,7 keer de normale lengte kon worden verlengd. Gek genoeg, niemand had onderzocht hoe het kon, misschien, nog verder worden uitgerekt.

Een theoretisch model bracht deze mogelijkheid voor het eerst onder de aandacht van de TU Eindhoven-onderzoekers. Als een toenmalig student, Koen Schakenraad (die de Lorentzprijs voor beste afstudeerproject in de theoretische natuurkunde won en nu promoveert in Leiden) wilde eerdere VU-metingen van oprekken van DNA beschrijven. “Dat is ons gelukt, maar tot onze verbazing, ons model voorspelde ook een andere, vrij onbekende vorm van DNA, een volle twee keer langer dan normaal, " zegt Paul van der Schoot, een van de TU/e-onderzoekers.

Microscopische handen en ogen

Hun VU-collega's gingen op zoek naar deze nieuwe staat, in de hoop het in experimenten te bevestigen door een combinatie van kracht- en fluorescentiemicroscopie te gebruiken. "Het is alsof je microscopisch kleine handen en ogen hebt, " zegt Iddo Heller, een van de onderzoekers van de VU Amsterdam. "Je trekt aan een enkel DNA-molecuul, en je ziet meteen wat er gebeurt." Door het DNA letterlijk op te lichten, ze konden aantonen dat de nieuwe staat echt bestaat.

Het aan het licht gebrachte bewijs

"Om DNA uit te rekken, gebruiken we fluorescerende moleculen, intercalators genaamd, die verbinding maken met het DNA tussen de basenparen, " legt Heller uit. "Deze moleculen lichten op onder de microscoop. Dus, in de normale staat van het DNA zonder intercalators, het beeld is donker. Hoe meer het DNA zich uitrekt, en hoe meer intercalators eraan vast komen te zitten, hoe meer het beeld oplicht. Uiteindelijk, een verdubbeling van de lichtintensiteit leverde het bewijs voor de nieuwe staat die we zochten."

Of het dubbele lengte-DNA ook daadwerkelijk in de cel aanwezig is, is onzeker. "Maar de ontdekking zou wel eens meer duidelijkheid kunnen verschaffen over hoe DNA zich daadwerkelijk uitstrekt in de celkern - er zijn nog veel vragen hierover, ", zegt Van der Schoot. De resultaten kunnen ook relevant zijn voor het relatief nieuwe veld van "DNA-origami, " "waar onderzoekers 'sleutelen' aan DNA op basis van zijn mechanische eigenschappen, bijvoorbeeld om nieuwe materialen te maken, ' zegt Heller.

Van der Schoot meent dat deze ontdekking eens te meer het belang van fundamenteel onderzoek onderstreept. "Bijna al het toegepaste onderzoek heeft een fundamentele component. In dit geval was het de theorie die tot deze ontdekking heeft geleid." Heller spreekt van "een van de leukste samenwerkingen tussen theoretische en experimentele natuurkundigen. Het maakt de cirkel rond, "zegt hij. "Het begon met een observatie, die werd gevolgd door een theorie. Die theorie deed voorspellingen die we vervolgens door een waarneming konden bevestigen."