Asistent Sanjin Marion objavio je članak u časopisu Nano Letters (IF=13.6 u 2014.) sa suradnicima na UKF projektu prof. A. Rađenović i R. Bulushevom s Ecole Polytechnique Federale Lausanne. Rad “Relevance of the drag force during controlled translocation of a DNA-protein complex through a glass nanocapillary” predstavlja rezultate kontrolirane translokacije pojedinačnih proteina vezanih na DNA pomoću tehnike optičke pincete. S. Marion je doprinjeo članku interpretacijom i teorijskim modeliranjem eksperimentalnih rezultata.

Relevance of the drag force during controlled translocation of a DNA-protein complex through a glass nanocapillary

Roman D. Bulushev, Sanjin Marion, Aleksandra Radenović

Nano Letters 15, 7118-7125 (2015). doi: 10.1021/acs.nanolett.5b03264

 

Nanokapilare, nanopore i srodni objekti postaju zanimljiv alat za eksperimente na nivou jedne molekule s posebnim naglaskom na buduće primjene u smjeru jeftinog i brzog sekvenciranja DNA. Novoobjavljeni rad S. Mariona i suradnika predstavlja prvi korak prema eksperimentalnom određivanju mjesta vezanja različitih proteina na DNA pomoću tehnika nanopora odn. nanokapilara.

U objavljenom eksperimentu DNA je vezana na posebno pripremljene kuglice mikrometarskih dimenzija te stavljena u otopinu s proteinima koji se vežu na DNA. Pojedinačna molekula DNA je primjenom vanjskog električnog polja prisiljena na ulazak u kapilaru otvora 20-100 nm dok je istovremeno na mjestu drži sila optičke pincete na kuglicu. To je omogućilo autorima da uzastopno ponove eksperimente kontroliranog pomicanja DNA molekule kroz otvor kapilare u fiziološkim uvjetima, s vezujućim proteinima ili bez njih, prateći pritom promjenu u primjenjenoj sili i ionskoj struji kroz kapilaru.

Proteini i njihova veza s DNA su bili karakterizirani pomoću istovremene promjene u sili i ionskoj struji u odnosu na vrijednosti dobivene za samu DNA. Kontrolirano odmicanje proteina od otvora nanokapilare pokazalo je opadanje vrijednosti sile i ionske struje. Kompleksi DNA s negativno nabijenim proteinima EcoRI, RecA i RNA polimeraze su unutar nanokapilara bili pod utjecajem manje elektroforetske sile od zasebnih molekula DNA.

Zanimljivo, profili sila za DNA-RecA kompleks su bili drugačiji od prethodnih eksperimenata s nanoporama u membranama uz primjenu optičke pincete. Kako bi objasnili razliku, autori ovog članka su modelirali translokaciju kao stohastički proces koji je uključivao stanje i DNA i kuglice. U obzir su uzeti različiti doprinosi ukupnoj slobodnoj energiji poput elektrostatike, entropije i savijanja DNA, te elektroosmotskog toka. To je omogućilo prepoznavanje neočekivano velikog doprinosa elektroosmotskog toka u mjerenjima efektivnih naboja vezanih proteina. Takvo se ponašanje može objasniti ako je rezultantna sila otpora dominantna u odnosu na elektrostatsku silom koja djeluje na kompleks DNA i proteina unutar nanokapilara. Sila otpora dolazi od nakupljanja naboja oko površine kvarcnih kapilara te nabijenih molekula DNA i proteina. Vanjsko električno polje uzrokuje lokalni tok tekućine zbog sile na nakupljene naboje. Rezultantna otporna sila na protein je Stokesovog oblika te značajno mijenja prividni izmjereni naboj proteina.