Подобно иным длинным полимерным цепям ДНК стремится формировать узелки. Используя технологию, позволяющую растягивать ДНК и и рассматривать поведение таких узелков, исследователи из MIT впервые установили факторы, предопределяющие, будет ли узелок перемещаться вдоль нити или будет оставаться ("jams") на месте.

"Исследователи физики полимеров подтвердили, что узелки могут быть способны к сжиманию (jam), но отсутствовала модельная система для проверки этого," сказал Patrick Doyle. "Мы показали, что один и тот же узелок может перемещаться от места, где он был закреплен (jammed), чтобы стать подвижным вдоль той же самой молекулы. Вы изменяете условия и он внезапно останавливается, и затем изменяется и внезапно начинает перемещаться."

Эти находки могут помочь исследователям разработать пути развязывания узелков ДНК, это поможет улучшить аккуратность технологии геномного секвенирования или способствовать образованию узелков. Вызывая образование узелков можно улучшить некоторые типы секвенирования путем замедления прохождения молекулы ДНК через систему, полагают исследователи.

Исследователи изучали физику узелков полимеров, таких как ДНК, многие годы. ДНК наиболее пригодна для подобных исследований, поскольку она довольно длинная молекула, это облегчает наблюдение за ней в микроскоп и легко может быть подвигнута к образованию узелков.

"Мы имеем механизм, который заставляет молекулы ДНК спадаться в крошечный шарик, в котором мы разматывая, обнаруживаем осень крупные узелки," говорит Klotz.

Как только образуется узелок, исследователи могут его изучать в специальной microfluidic системе, которую они разработали. Канал имеет форму в виде T, это сопровождается электрическим полем, которое расходится от кончика T. Молекула ДНК располагается на кончике T , растянутая равным образом к каждому плечу, что заставляет ей оставаться на месте.

Исследователи установили, что они могут манипулировать с узелками на этой прикрепленной молекуле ДНК, варьируя силу электрического тока. Если поле слабое, то узелки обнаруживают тенденцию перемещаться вдоль молекулы в направлении ближайшего конца. Когда они достигают конца они разматываются.

"Когда напряжение слишком сильное, то они выглядят как если бы двигались довольно случайно. Но если вы выжидаете достаточно долго, то они обнаруживают тенденцию перемещаться в одном направлении ближе к концу молекулы," говорит Klotz.

Если поле является очень сильным, то форсируется полное растягивание ДНК и узелки оказываются закрепленными на месте. Этот феномен сходен с таковым, что происходит с узелком в ожерелье из бусинок, когда ожерелье растягивается боле сильно. Если ожерелье расслабляется, то узелок может перемещаться вдоль него, но если он затягивается, то бусинки ожерелья соединяются теснее и узелок затягивается.

"Когда вы затягиваете узелок потянув сильнее молекулу ДНК, то она теснее стягивает свои нити и это повышает трение," говорит Klotz says. "Это может быть сокрушено движущимися силами, вызываемыми электрическим полем."

Узелки ДНК возникают также в живых клетках, но клетки имеют специализированные ферменты, наз. topoisomerases, которые могут распутывать такие узелки. Исследователи из MIT показали возможный способ удаления узелков с ДНК извне дольно легко, используя электрическое поле до тех пор, пока узелки не достигнут концов молекулы.

Это может оказаться пригодным для типа секвенирования ДНК, известном как nanochannel картирование, которе использует растягивание ДНК вдоль узкой трубки и измерения расстояния между двумя генетическими последовательностями. Эта техника испольуется для выявления крупномасштабных геномных изменений, таких как дупликации или перемещение генов из одной хромомы в др., но узелки ДНК могут делать ДНК более тяжелой, что может влиять на аккуратность данных.

При др. типа секвенирования ДНК , известном как nanopore секвенирование, может оказаться блаогприятным образование узелков в ДНК, покольку узелки делают молекулу более медленной, когда она проходит через секвенатор. Это может помогать исследователям получать более аккуратную информацию о последовательностях.

Используя такой подход, чтобы удалять узелки с др. типа полимеров, таких как дающих пластик, может оказаться полезным, поскольку узелки могут ослаблять материал.

Исследователе теперь изучают др. феномен, связанный с узелками, включающий процесс распутываие более сложных узелков, чем те, что описаны в данное работе, а также взаимодействия между двумя узелками молекулы.