Verdraaide DNA-moleculen onder de loep met nieuw Delfts instrument (BN/Nynke Dekker Lab)

Zwemstaarten
Het nieuwe instrument heet een elektromagnetische koppelpincet; in het Engels electromagnetic torque tweezers, eMTT. Het instrument combineert permanente magneten (voor het aanbrengen van krachten) met elektromagneten, die draaiingen en metingen mogelijk maken. Hiermee kunnen wetenschappers inzicht krijgen in de rol van draaiing en van de natuurkundige grootheid koppel (kracht maal arm) bij verschillende biologische moleculen en situaties. Voorbeelden hiervan zijn de rotatiemotoren die de draaibeweging van de zwemstaarten van verschillende bacteriën mogelijk maken en de precieze werking van draaiingen in het DNA-molecuul bij het kopiëren en repareren.  

Telefoonsnoer
Met het nieuwe eMTT-instrument hebben onderzoekers Xander Janssen, Jan Lipfert en hun collega’s van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft, zeer precieze metingen van het koppel uitgevoerd op dubbelstrengs DNA. Hun metingen stuitten op een verschijnsel dat eerder al theoretisch was voorspeld. Als je aan een DNA-molecuul draait, zal het koppel eerst lineair toenemen met het aantal opgelegde draaiingen en zullen zich vervolgens kronkels in het DNA vormen. Dit is een effect dat vergelijkbaar is met de vorming van kronkels in elastiekjes of in ouderwetse telefoonsnoeren. Op het moment dat de eerste kronkels gevormd worden, blijkt dat het koppel eerst nog iets meer toeneemt voordat er een lager liggende plateauwaarde wordt aangenomen. Dit effect bleek duidelijk meetbaar in het experiment (ze grafiekje onder).

Magneten
De eMTT is gebaseerd op de magnetische pincet, een veelgebruikte techniek. In de magnetische pincet worden biologische moleculen opgespannen tussen een glasplaatje en een magnetisch bolletje van ongeveer 1 micrometer grootte. Hun respons op een opgelegde kracht en koppel wordt vervolgens in kaart gebracht. Vaak werkt men hierbij met permanente magneten, zodat een groot bereik aan krachten opgelegd kan worden. Maar deze magneten hebben het nadeel dat ze het meten van het koppel bemoeilijken.

Het nieuwe instrument heeft een nieuwe magneetconfiguratie, waarin aangepaste permanente magneten nog altijd de krachten opleggen maar waarin ook spoelen zijn geïntegreerd voor een optimale oplegging en meting van draaiing en het koppel.

Het onderzoek wordt deze week online gepubliceerd in Nano Letters. Het werd medegefinancierd door FOM en door NWO via een VENI-subsidie aan onderzoeker Jan Lipfert.