Een andere benadering voor het analyseren van de beweging van diffunderende moleculen heeft ertoe bijgedragen dat de lang gekoesterde veronderstelling dat DNA-moleculen op een lukrake manier bewegen, omver te werpen. KAUST-onderzoekers onthullen voor het eerst dat DNA-moleculen niet door willekeurige Brownse beweging bewegen, maar door een niet-willekeurige wandeling die verband houdt met polymeerdynamica op een manier die de algemene Brownse kenmerken behoudt.

"Brownse beweging is een proces waarbij moleculen willekeurig in een vloeistof bewegen door in botsing te komen met andere moleculen, " verklaarde Dr. Maged Serag, een postdoctoraal onderzoeker in Bioscience aan KAUST. "In levende cellen, Brownse beweging zorgt ervoor dat moleculen snel en efficiënt tussen celorganellen kunnen bewegen en kunnen interageren met andere moleculen."

Gedurende vele decennia, wetenschappers hebben een relatief eenvoudige test gebruikt om te bepalen of moleculaire diffusie Browniaans is:wanneer de gemiddelde kwadratische verplaatsing (MSD) van een populatie moleculen lineair toeneemt in de tijd. In een uniform medium zoals zuiver water, dit betekent dat een druppel zoutoplossing zal uitzetten met een snelheid die de MSD lineair met de tijd doet toenemen.

DNA voldoet aan dit diffusiegedrag op macroschaal, en daarom is aangenomen dat zijn beweging Browniaans is, net als andere moleculen. Echter, het is ook bekend dat DNA, omdat het een lang polymeermolecuul is, kronkelt spontaan door intramoleculaire krachten.

"Het DNA-molecuul kan worden gezien als een semi-flexibele ketting, "zei Serag. "Als we zijn beweging op korte tijdschalen en in een ruimte dicht bij zijn grootte volgen, we zien wormachtig bewegingsgedrag."

Serag en collega universitair hoofddocent Satoshi Habuchi gingen op zoek of deze kronkelende beweging de diffusie van DNA zou kunnen beïnvloeden.

"Dr. Serag kwam met een uniek idee om de beweging van een molecuul te beschrijven op basis van de waarschijnlijkheid van het bezetten van roosterplaatsen in plaats van op gemiddelde kwadratische verplaatsing, "zei Habuchi. "MSD is de standaardmethode om afwijkingen van de Brownse beweging te detecteren, maar het onthult geen willekeurige beweging voor DNA-moleculen. Door in plaats daarvan deze probabilistische benadering te gebruiken, we waren in staat om verborgen niet-willekeurige bewegingen te detecteren en te kwantificeren."

Door een nieuw theoretisch raamwerk te ontwikkelen waarin beweging stapsgewijs wordt gemodelleerd, rekening houdend met moleculaire buiging, Er werd gevonden dat DNA-moleculen niet willekeurig met verschillende snelheden en moleculaire 'sporen' bewegen op een manier die precies de Brownse lineaire MSD in stand hield.

"Het belangrijkste resultaat van deze studie is dat we hebben aangetoond dat een lineaire MSD niet altijd wijst op onderliggende Brownse beweging, " legde Habuchi uit. "Met dit nieuwe theoretische kader, we kunnen de niet-willekeurige beweging van afzonderlijke moleculen detecteren die niet kunnen worden vastgelegd door conventionele MSD-analyse."