Onderzoekers van de North Carolina State University hebben computationele modellering gebruikt om licht te werpen op hoe geladen gouden nanodeeltjes de structuur van DNA en RNA precies beïnvloeden - wat kan leiden tot nieuwe technieken voor het manipuleren van deze genetische materialen.

Het werk is veelbelovend voor het ontwikkelen van toepassingen die genetische informatie kunnen opslaan en transporteren, maak aangepaste steigers voor bio-elektronica en creëer nieuwe technologieën voor het afleveren van medicijnen.

"In de natuur, meters DNA zijn stevig verpakt in elke levende cel, " zegt Jessica Nash, een doctoraat student bij NC State en hoofdauteur van een paper over het werk. "Dit is mogelijk omdat het DNA strak om een ​​positief geladen eiwit is gewikkeld, een histon genaamd. We willen DNA kunnen vormen met een vergelijkbare benadering die de histon vervangt door een geladen gouden nanodeeltje. Dus gebruikten we computertechnieken om te bepalen precies hoe verschillende ladingen de kromming van nucleïnezuren beïnvloeden - DNA en RNA."

In hun model de onderzoekers manipuleerden de lading van de gouden nanodeeltjes door positief geladen liganden toe te voegen of te verwijderen - organische moleculen die aan het oppervlak van het nanodeeltje zijn bevestigd. Hierdoor konden ze bepalen hoe het nucleïnezuur op elk ladingsniveau reageerde. Een animatie van een nanodeeltje en liganden die een DNA-streng vormen, is beschikbaar op www.youtube.com/watch?v=kNpvPy … bmc&feature=youtu.be.

"Hierdoor weten onderzoekers wat ze kunnen verwachten - hoeveel lading ze nodig hebben om de gewenste kromming in het nucleïnezuur te krijgen, " zegt Yaroslava Yingling, een universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering bij NC State en corresponderende auteur van het papier.

"We gebruikten liganden in het model, maar er zijn andere manieren om de lading van de nanodeeltjes te manipuleren, " zegt Abhishek Singh, een postdoctoraal onderzoeker bij NC State en co-auteur van het papier. "Bijvoorbeeld, als de nanodeeltjes en het nucleïnezuur in oplossing zijn, je kunt de lading veranderen door de pH van de oplossing te veranderen."

Het werk is ook belangrijk omdat het laat zien hoe ver computationeel onderzoek is gevorderd in de materiaalwetenschap.

"Onze grootschalige modellen houden rekening met elk atoom dat bij het proces betrokken is, " zegt Nan Li, een doctoraat student bij NC State en co-auteur van het papier. "Dit is een voorbeeld van hoe we geavanceerde computerhardware kunnen gebruiken, zoals de GPU's - of grafische verwerkingseenheden - die zijn ontwikkeld voor gebruik in videogames, om state-of-the-art wetenschappelijke simulaties uit te voeren."

Het onderzoeksteam bouwt nu voort op deze bevindingen om nieuwe nanodeeltjes te ontwerpen met verschillende vormen en oppervlaktechemie om nog meer controle te krijgen over de vorm en structuur van nucleïnezuren.

"Niemand is in de buurt gekomen van het evenaren van de efficiëntie van de natuur als het gaat om het in- en uitpakken van nucleïnezuren, " zegt Yingling. "We proberen ons begrip van hoe dat precies werkt te vergroten."