رانش DNA و استراحت موتور مولکولی فرایند فشرده سازی DNA ویروسی را تسریع می‌کند.

تصویری از یک ویروس با DNA درون آن

موتور مولکولی که DNA را تحت فشار درون ویروس جای می‌دهد، هنگامی بیشترین بازدهی را داراست که DNA خود-رانش نشان دهد. این یافته‌ی شگفت‌انگیزی است که پژوهشگرانی از آمریکا به تازگی بدان دست یافته‌اند؛ پیش از این تصور می‌شد که چنین دافعه‌ای به عنوان یک مانع در فرایند فشرده‌سازی عمل می‌کند. این گروه همچنین دریافته است که متوقف کردن موتور و اجازه‌ی استراحت دادن به آن، فرایند فشرده‌سازی را تسریع می‌کند. بعلاوه بینش‌های جدیدی در مورد چگونگی عملکرد ویروس‌ها ارائه می‌دهد که می‌تواند در بیوتکنولوژی جهت محصور کردن پلیمرهای طویل در دستگاه‌های نانومقیاس کمک کننده باشد.

پس از حمله‌ی ویروس به سلول میزبان، هسته‌ی سلول را جهت تکثیر دوباره برنامه‌ریزی می‌کند. با این کار، یک رشته DNA از سلول میزبان آلوده بیرون کشیده می‌شود و درون یک پوسته‌ی پروتئینی فشرده می‌شود تا DNA را جهت آلوده سازی سایر سلول‌ها حمل کند. در برخی از موارد، موتور مولکولی DNA را با چگالی بسیار بالایی فشرده سازی می‌کند. این موتور باید به سه نیرو غلبه کند: خودمقاومت الکترواستاتیکی ناشی از حصول بار منفی توسط DNA، مقاومت مکانیکی DNA در برابر خم شدن و در نهایت مقاومت آنتروپیک آن.

DNA می‌تواند جاذب ساخته شده باشد. یک سلول شامل یون‌های مثبت می‌تواند به DNA بچسبد و تا حدی دافعه را بپوشاند و یا حتی نیروی جاذبه‌ای قوی ایجاد کند. در گذشته مدل‌های محاسباتی مشخصی نشان می‌داد که چنین جاذبه‌ای ممکن است به فرایند فشرده‌سازی کمک کند. اما بنا به گفته‌ی داگلاس اسمیت (Douglas Smith) بیوفیزیکدانی از دانشگاه کالیفرنیا که سرپرستی پژوهش جدید را بر عهده داشته است، در مدل‌های پیشین فرض بر آن بود که DNA به طور پیوسته هنگام فشرده‌سازی می‌تواند تا پایین‌ترین سطح انرژی برسد و این مقاومت را کاهش می‌داد.

اسمیت و همکارانش برای انجام این آزمایش دو میکرو کره‌ی نزدیک بهم را طراحی و سپس DNA ویروسی را به اولی و موتور مولکولی را به دومی متصل کردند. گاهی اوقات موتور مولکولی موفق می‌شد DNA را نگه دارد و آن را از کره‌ی دیگر به سمت خود بکشد؛ فرایندی که اسمیت آن را به ماهیگیری تشبیه می‌کند. آن‌ها با متوقف کردن موتور در بازه‌هایی حین انجام فرایند دریافتند که پس از راه‌اندازی مجدد آن، سرعت انجام فرایند فشرده‌سازی در مقایسه با قبل افزایش می‌یابد. در واقع هرچقدر که این توقف طولانی‌تر می‌شد، سرعت فرایند پس از راه‌اندازی بیشتر افزایش می‌یافت. این گروه معتقد است که این نشان دهنده‌ی آن است که ویروس‌ها انرژی بالاتر و پیکربندی شلوغ‌تری را پیدا می‌کنند که بعدها بهینه می‌شود.

آن‌ها همچنین دریافتند که در مجموع مقداری رانش لازم است تا DNA اجازه پیدا کند در فضای کوچکی فشرده‌سازی شود.

این یافته‌ها در Proceedings of the National Academy of Sciences و Physical Review Letters منتشر شده است.

منبع: Relaxation and repulsion helps viruses pack DNA