Een eenvoudig mechanisch model om de bekende dubbelstrengige structuur en de elasticiteit van DNA op nanometerschaal effectief te implementeren, is ontwikkeld door Jae-Hyung Jeon en Wokyung Sung van de Pohang University of Science and Technology in de Republiek Korea, in een poging om het nucleïnezuur dat genetisch materiaal van cellen bevat, uitgebreider te onderzoeken. Het model werd gepubliceerd in Springer's Tijdschrift voor biologische fysica .

Sinds Watson en Crick voor het eerst de basisstructuur van DNA beschreven in 1953, er zijn een aantal kwantumchemische berekeningen ontwikkeld om het op atomistische schaal of op klein molecuulniveau te beschrijven. Tot dusver, echter, deze zijn te rekenkundig veeleisend of analytisch onhaalbaar gebleken om de DNA-conformatie en mechanica op nanoschaal adequaat te beschrijven die worden onderzocht door moderne experimenten met één molecuul. Op micronschaal, anderzijds, het wormachtige kettingmodel is instrumenteel geweest om de DNA-mechanica en elasticiteit analytisch te beschrijven. Het mist echter bepaalde moleculaire details die essentieel zijn om de hybridisatie te beschrijven, opsluiting op nanoschaal, en lokale denaturatie of structurele veranderingen in DNA veroorzaakt door extreme omstandigheden.

Om deze fundamentele leemte op te vullen, de Koreaanse onderzoekers begonnen met het ontwikkelen van een werkbaar en voorspellend mesoscopisch model van dubbelstrengs DNA, waarbij de nucleotidekorrels de basisvrijheidsgraden vormen.

Met behulp van het model, de Koreaanse onderzoekers bestudeerden hoe een DNA-duplex zichzelf assembleert in de helixstructuur als gevolg van de stapelinteractie gemodelleerd door interactie tussen diagonaal tegenover elkaar liggende basen, en ook hoe de helix wordt vervormd tegen de rekkracht in in vergelijking met gerelateerde experimenten met één molecuul. Ze ontdekten dat een overstrekkende overgang met het krachtplateau, zoals getoond in typische kracht-extensie-experimenten, kan worden veroorzaakt door het naast elkaar bestaan ​​van helix- en ladderstructuren bij een kritische kracht die dicht bij de experimentele waarde ligt. Dit plateau treedt op als gevolg van de overgang tussen de spiraalvormige toestand en de ladderachtige toestand van DNA.

Het onderzoeksduo liet ook analytisch zien hoe een wormachtig-kettingachtig elastisch model, vaak gebruikt in de DNA-mechanica, kunnen worden afgeleid met behulp van hun nieuwe model. Het wordt gebruikt om de buig- en draaistijfheid te verklaren in termen van basisinteracties in hun model en geometrische DNA-constanten, in redelijke overeenstemming met overeenkomstige experimentele waarden.

"Dit basismodel en zijn uitbreiding, gebruikt in combinatie met verdere analytische berekeningen en numerieke simulaties, biedt nieuwe mogelijkheden om een ​​verscheidenheid aan enkelvoudige DNA-fenomenen te bestuderen, van nano- tot micron-lengteschalen, " schrijft Jeon en Sung. "Het kan, bijvoorbeeld, worden gebruikt om de effecten van sequentieheterogeniteit te bestuderen, ionische oplossingen, en torsiebeperkingen op mechanica en, verder, verschillende fenomenen zoals lokale DNA-denaturatie en eiwit-DNA-interactie."