یافتن دلیل سفتی DNA

شیمی‌دان‌های محاسباتی بر این باورند که یکی از معماهای مربوط به سفتی DNA
را کشف کرده‌اند: چه مقدار از سفتی مولکول DNA به نیروهای الکتروستاتیک و
چه مقدار از آن به ساختار فیزیکی مولکول مربوط است.

DNA دو رشته‌ای یکی از سفت‌ترین مولکول‌های طبیعی است. انعطاف‌پذیری این
مولکول همواره مورد سوال زیست‌شناسان بوده است، زیرا این ساختار بسیار بلند
باید پیچ خورده و فشرده شود تا درون هسته سلول جای بگیرد.

گارگین پاپویان از دانشگاه کالیفرنیای شمالی که رهبری این کار را بر عهده
داشته است، می‌گوید: «فشرده‌سازی DNA در حوزه‌هایی همچون ویروس‌شناسی که در
آن DNA باید درون پوسته ویروس جای بگیرد، و یا ژن‌درمانی که مستلزم یافتن
راه‌هایی برای بسته‌بندی و رسانش DNA است، از اهمیت بالایی برخوردار است».

دو عامل مهم مسئول سفتی مولکول DNA هستند. از نظر مکانیکی جفت‌باز سازنده
مولکول DNA چنان به هم فشرده شده هستند که موجب ایجاد سفتی در ساختار این
مولکول می‌شوند. از طرف دیگر، مولکول DNA به‌دلیل وجود گروه‌های فسفات،
دارای بار منفی در سرتاسر خود می‌باشد. نیروی دافعه الکتروستاتیک که میان
این بخش‌های دارای بار منفی وجود دارد، از تا خوردن مولکول و نزدیک شدن بخش‌های
مختلف آن به یکدیگر جلوگیری می‌کند. میزان نقش هر یک از این دو عامل در
سفتی مولکول DNA همواره مورد بحث بوده است.

محققان برای حل این مشکل یک شبیه‌سازی اتمی با تفکیک‌پذیری بالا از مولکول DNA
تولید کردند. پاپویان می‌گوید: «ما هر یک از اتم‌های این مولکول و محیط اطراف آنها
را شبیه‌سازی کرده و با استفاده از شبیه‌ساز دینامیک مولکولی چگونگی وول خوردن DNA
را مطالعه کردیم. سپس پروتونه و خنثی شدن گروه‌های فسفات را شبیه‌سازی کرده و
دوباره نحوه پیچ خوردن مولکول را مشاهده کردیم».

این پژوهشگران مشاهده کردند که مولکول خنثی شده بسیار انعطاف‌پذیرتر از مولکول
باردار است. همین آزمایش با استفاده از مدل دانه‌درشت‌تر DNA نیز که قبلاً کارایی
آن در شبیه‌سازی ویژگی‌های مهم DNA اثبات شده بود، تکرار شد. در این حالت تنها
امکان شبیه‌سازی خنثی‌سازی تدریجی مولکول وجود دارد که با استفاده از این فرایند،
افزایش انعطاف‌پذیری مشاهده شد.

پاپویان می‌گوید این مطالعات محاسباتی نشان می‌دهند که نقش نیروهای الکتروستاتیکی و
نیروهای غیرالکتروستاتیکی در سفتی DNA کم و بیش یکسان است.

جزئیات این کار در Journal of American Chemical Society منتشر شده است.