JAPANNERS KNOPEN DNA MET BEHULP VAN EEN OPTISCHE LASERPINCET

Hoewel een DNA-molecuul altijd wordt voorgesteld als een keurige langgerekte wenteltrap, heeft het in de cel soms een veel minder mooie structuur. Sommige enzymen zijn bijvoorbeeld in staat om zich zo sterk aan het DNA te binden dat ze de keten knakken. En ook raakt een DNA-molecuul of een langgerekt eiwit net als een bosje touw achter in de rommella soms `spontaan' in de knoop. Dat zoiets een grote invloed kan hebben op de eigenschappen ervan wordt aangetoond door experimenten van Japanse natuurkundigen. Zij gebruikten een optische laserpincet om het effect van knopen en andere vervormingen in afzonderlijke biomoleculen te bestuderen (Nature, 3 juni 1999). Daartoe maakten ze eerst kleine plastic bolletjes vast aan de uiteinden, om deze vervolgens te vangen in het kruispunt van twee laserbundels. Het ene `handvat' werd met de laserpincet op zijn plaats gehouden, terwijl het andere zodanig in de ruimte heen en weer werd bewogen dat een platte knoop ontstond. De hele operatie – die ongeveer een minuut in beslag nam – kon onder een microscoop worden gevolgd, omdat het molecuul over zijn gehele lengte fluorescerend was gemaakt. Hoewel het leggen van knopen in moleculen geen eenvoudige zaak is, heeft de optische pincet in elk geval één voordeel. De enige manier om een knoop te leggen in een touwtje zonder de uiteinden los te hoeven laten is beginnen te knopen met gekruiste armen. Met een laserbundel is dat niet nodig, omdat deze dwars door de molecuulketen heen kan.

Uit computerberekeningen van chemici van het chemieconcern DuPont en de University van Pennsylvania was onlangs al gebleken dat molecuulketens verzwakken wanneer ze in de knoop worden gelegd (Nature, 6 mei 1999). Dat komt doordat de bindingen tussen de atomen onder grote spanning worden gezet. DNA-moleculen bleken echter ook in verknoopte toestand sterk genoeg om de optische krachten te weerstaan. Dat gold niet voor actine, een eiwitmolecuul afkomstig uit spierweefsel. Waar dat in uitgerekte toestand makkelijk een kracht van zo'n zeshonderd picoNewton kan hebben, brak het met een knoop al in tweeën wanneer er met één picoNewton aan werd getrokken (een picoNewton is ongeveer het gewicht van een rode bloedcel). De berekeningen voorspelden dat de breuk precies aan de ingang van de knoop zou optreden en ook dat kon keurig experimenteel worden aangetoond. Met dezelfde methode hopen de onderzoekers nu uit te vinden wat de invloed is van bochten en krommingen in bijvoorbeeld DNA wanneer dat wordt afgelezen. Tenslotte wordt zelfs de mogelijkheid geopperd om DNA als een soort touwtje te gebruiken om cellen in te snoeren, en zo op kunstmatige wijze een gedeelte te isoleren. (Rob van den Berg)