El sorprendente comportamiento de estiramiento del ADN
¿Qué pasa cuando sacas una molécula de ADN? Se comporta de manera muy diferente a lo que estamos acostumbrados a los objetos macroscópicos
Cuando grandes fuerzas, por ejemplo en la construcción de un puente, actúan sobre una viga pesada, la viga se deforma ligeramente. El cálculo de la relación entre las fuerzas, las tensiones internas y las deformaciones es una de las tareas estándar de la ingeniería civil. Pero, ¿qué sucede cuando se aplican estas consideraciones a objetos diminutos, por ejemplo, a una sola doble hélice de ADN?
Johannes Kalliauer
Technische Universität Wien
Los experimentos con las moléculas de ADN muestran que sus propiedades mecánicas son completamente diferentes de las de los objetos macroscópicos, y esto tiene importantes consecuencias para la biología y la medicina. Los científicos de la Universidad Técnica de Viena han logrado explicar estas propiedades en detalle combinando ideas de la ingeniería civil y la física.
Comportamiento inesperado a nivel molecular
A primera vista, se podría pensar en la doble hélice del ADN como un pequeño y diminuto resorte que se puede simplemente estirar y comprimir como si fuera un resorte ordinario. Pero no es tan simple: Si estiras un trozo de ADN, en realidad esperarías que el número de vueltas disminuyera. Pero en ciertos casos ocurre lo contrario: "Cuando la hélice se alarga, a veces se tuerce aún más", dice el ingeniero civil Johannes Kalliauer del Instituto de Mecánica de Materiales y Estructuras de la Universidad Técnica de Viena. "Aparte de eso, las moléculas de ADN son mucho más dúctiles que los materiales con los que solemos trabajar en la ingeniería civil: Pueden llegar a ser un 70 % más largos bajo tensión."
Estas extrañas propiedades mecánicas del ADN son de gran importancia para la biología y la medicina: "Cuando se lee la información genética de la molécula de ADN en una célula viva, los detalles de la geometría pueden determinar si se produce un error de lectura, que en el peor de los casos puede incluso causar cáncer", dice Johannes Kalliauer. "Hasta ahora, la biología molecular ha tenido que conformarse con métodos empíricos para explicar la relación entre las fuerzas y la geometría del ADN".
En su disertación, Johannes Kalliauer llegó al fondo de este asunto - y lo hizo en forma de una combinación bastante inusual de temas: Su trabajo fue supervisado por un lado por el ingeniero civil Prof. Christian Hellmich, y por otro lado por el Prof. Gerhard Kahl del Instituto de Física Teórica.
"Utilizamos métodos de dinámica molecular para reproducir la molécula de ADN a escala atómica en la computadora", explica Kalliauer. "Se determina cómo las hélices de ADN se comprimen, estiran o tuercen - y luego se calculan las fuerzas que ocurren y la posición final de los átomos." Tales cálculos son muy complejos y sólo son posibles con la ayuda de grandes supercomputadoras - Johannes Kalliauer utilizó el Cluster Científico de Viena (VSC) para este propósito.
De esa manera, se podrían explicar los extraños hallazgos experimentales, como el resultado contrario a la intuición de que en ciertos casos el ADN se tuerce aún más cuando se estira. "Es difícil de imaginar a gran escala, pero a nivel atómico todo tiene sentido", dice Johannes Kalliauer.
Extraño mundo intermedio
Dentro de los modelos atómicos de la física teórica, se pueden determinar las fuerzas y distancias interatómicas. Utilizando ciertas reglas elaboradas por el equipo sobre la base de principios de la ingeniería civil, se pueden determinar las cantidades de fuerza pertinentes necesarias para describir la cadena de ADN en su conjunto, de manera similar a la forma en que se puede describir la estática de un haz en la ingeniería civil utilizando algunas propiedades transversales importantes.
"Estamos trabajando en un interesante mundo intermedio aquí, entre lo microscópico y lo macroscópico", dice Johannes Kalliauer. "Lo especial de este proyecto de investigación es que realmente necesitas ambas perspectivas y tienes que combinarlas."
Esta combinación de escalas de tamaño significativamente diferentes juega un papel central en el Instituto de Mecánica de Materiales y Estructuras una y otra vez. Después de todo, las propiedades de los materiales que sentimos cada día a gran escala están siempre determinadas por el comportamiento a nivel micro. El trabajo actual, que se ha publicado ahora en el "Journal of the Mechanics and Physics of Solids", tiene por objeto mostrar, por un lado, cómo combinar lo grande y lo pequeño de una manera científicamente exacta, y por otro lado ayudar a comprender mejor el comportamiento del ADN, hasta la explicación de las enfermedades hereditarias.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
