DNA-Knoten können durcheinander durchdiffundieren und Plätze tauschen

Bedeutsamer Mechanismus für Zukunftstechnologien wie Nanopore-Sequencing

03.07.2014

Physiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Exzellenz-Graduiertenschule Materials Science in Mainz (MAINZ) haben mithilfe von Computersimulationen gezeigt, wie zwei Knoten auf einem DNA-Strang durcheinander durchdiffundieren können und auf diese Weise ihre Position auf der DNA vertauschen. Einer der beiden Knoten vergrößert sich dabei stark, während der andere entlang dem Strang des vergrößerten Knotens diffundiert. Dazu muss lediglich eine kleine Barriere in der sogenannten freien Energie überwunden werden. Entsprechend ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Übergangs relativ groß.

"Wir vermuten daher, dass ein solcher Platzwechsel von Knoten tatsächlich auch in lebenden Organismen auftreten könnte", erklärt Dr. Peter Virnau vom Institut für Physik, der die Computersimulation zusammen mit Benjamin Trefz und Jonathan Siebert durchgeführt hat. Die Wissenschaftler erwarten, dass der Mechanismus auch eine Rolle bei Zukunftstechnologien wie dem Nanopore-Sequencing spielen dürfte, bei dem lange DNA-Stränge zur Sequenzierung durch Poren gezogen werden. Bei langen DNA-Strängen von über 100.000 Basenpaaren steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein oder auch mehrere Knoten auftreten, was die Sequenzierung beeinflusst.

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Veröffentlichung
B. Trefz, J. Siebert, P. Virnau, How molecular knots can pass through each other, Proceedings of the National Academy of Sciences, 19. Mai 2014
DOI:10.1073/pnas.1319376111
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Bild in Originalgröße ansehen Abb.: Peter Virnau
Schematische Darstellung des "Tunnelvorgangs": Ein Knoten vergrößert sich stark, während der andere Knoten entlang des Profils diffundiert.

Kontakt Kontakt
Dr. Peter Virnau
Kondensierte Materie (KOMET)
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel 06131 39-20493
Fax 06131 39-20496

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