Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont révélé que l'ADN forme des bobines torsadées plutôt que des nœuds lorsqu'il passe par de minuscules nanopores, remettant en cause une hypothèse de longue date en génétique. Cette découverte, propulsée par un écoulement électro-osmotique, pourrait affiner les technologies de détection d'ADN et améliorer la détection des dommages génétiques. Les résultats paraissent dans Physical Review X.
Pendant des décennies, les scientifiques ont interprété les signaux électriques irréguliers dans les expériences de nanopores comme la preuve de nœuds d'ADN, à l'image d'un lacet emmêlé coincé dans un trou étroit. Cette vision a guidé l'analyse des données génétiques, en supposant que toute translocation inégale indiquait des brins noués. Une nouvelle étude de l'Université de Cambridge, en collaboration avec des équipes internationales, montre que ces signaux proviennent souvent de plectonèmes — bobines torsadées rappelant un cordon téléphonique enroulé — plutôt que de vrais nœuds. Alors que l'ADN traverse le nanopore, l'écoulement ionique à l'intérieur génère un couple, faisant tourner le brin et formant ces torsions persistantes à l'extérieur du pore. «Nos expériences ont montré que lorsque l'ADN est tiré à travers le nanopore, l'écoulement ionique à l'intérieur tord le brin, accumulant un couple et l'enroulant en plectonèmes, pas seulement des nœuds», a déclaré l'auteure principale, Dr Fei Zheng, du Laboratoire Cavendish. «Cette structure de torsion 'cachée' a une empreinte distinctive et durable dans le signal électrique, contrairement à la signature plus transitoire des nœuds.» L'équipe a mené des tests avec des nanopores en verre et en nitrure de silicium sous diverses tensions et conditions. Ils ont observé des événements 'emmêlés' fréquents, particulièrement avec des brins d'ADN plus longs et des tensions plus élevées, que la théorie des nœuds ne pouvait expliquer pleinement. Des simulations informatiques ont confirmé que l'écoulement électro-osmotique — mouvement de l'eau induit par des champs électriques — propage la torsion le long de l'ADN, permettant la formation de plectonèmes. Des preuves supplémentaires sont venues d'expériences avec de l'ADN 'nické', où des interruptions dans le brin empêchaient la propagation de la torsion et réduisaient drastiquement les plectonèmes. Cela souligne le rôle de l'ADN intact dans la transmission du couple. «Ce qui est vraiment puissant ici, c'est que nous pouvons maintenant distinguer les nœuds et les plectonèmes dans le signal du nanopore en fonction de leur durée», a noté le Prof. Ulrich F. Keyser, co-auteur du Laboratoire Cavendish. «Les nœuds passent rapidement, comme un cahot bref, tandis que les plectonèmes persistent et créent des signaux prolongés.» Ces insights s'étendent à la biologie, où la torsion de l'ADN influence la stabilité du génome lors de processus enzymatiques. En technologie, distinguer les plectonèmes des nœuds promet des capteurs nanopores plus précis pour la génomique, la biosensation et la détection précoce des dommages à l'ADN liés à des maladies.
