Krachten gemeten die nodig zijn voor openritsen van DNA

De structuur van het DNA was eigenlijk nog maar net opgehelderd, toen biochemici al begonnen te speculeren over de kracht die het zou kosten om de dubbele helix 'open te ritsen'. Bij elke celdeling moeten enzymen immers de twee complementaire strengen, die door middel van waterstofbruggen met elkaar verbonden zijn, uit elkaar trekken.

Nu, ruim veertig jaar later, zijn onderzoekers van de Ecole Normale Supérieure in Parijs er voor het eerst in geslaagd de krachten die daarvoor nodig zijn écht te meten (Proceedings of the National Academy of Sciences, 27 oktober 1997).

Daartoe werd het bijna 50.000 basen lange DNA van faag-lambda voorzien van een aantal handvatten, waardoor een configuratie in de vorm van de hoofdletter Y werd verkregen. Allereerst werd via een DNA-bruggetje aan één van de ketens een even lang stuk gezet, dat via een chemische binding op een microscoopglaasje werd vastgehecht. De andere keten werd verbonden met een kraaltje van een paar micron groot, dat op zijn beurt weer vast zat aan een dunne naald. Deze fungeerde als de eigenlijke krachtsensor. Tenslotte werd het nog loshangende dubbele uiteinde - de poot van de Y - met een soort haarspeld afgesloten, zodat de twee strengen van de DNA-rits na opening aan elkaar vast zouden blijven zitten. Door het microscoopglaasje te verplaatsen ten opzichte van het balletje, werden de twee strengen uit elkaar getrokken. De uitwijking van de naald (met het balletje) was hierbij een maat voor de uitgeoefende kracht. Deze kon onder een microscoop nauwkeurig worden gemeten. Het DNA-molecuul had het bij het openritsen overigens zwaar te verduren: om de torsie te ontlasten, was het vrije uiteinde gedwongen een paar duizend keer om zijn as te draaien.

De grootte van die kracht bleek direct samen te hangen met het gehalte aan de basen guanine (G) en cytosine (C). Deze zijn namelijk in de intacte helix door middel van drie waterstofbruggen verbonden, terwijl de andere basen, adenine (A) en thymine (T), het met eentje minder moeten doen. Waar er dus voor GC-rijke stukken gemiddeld zo'n vijftien piconewton (een miljoenste van een miljoenste newton) nodig was, volstonden tien piconewton voor gebieden met relatief veel AT. Dit is echter nog vele malen groter dan de kracht die nodig zou zijn om één enkel basepaar uiteen te trekken. In de nu gepubliceerde experimenten werden namelijk steeds enkele honderden basen tegelijk van elkaar gescheiden. Het is dus hoogstwaarschijnlijk onmogelijk om via zo'n soort krachtmeting informatie te krijgen over de basenvolgorde.