در فرایند‌های زیست‌شناسی مانند تکثیر و رونویسی، مارپیچ دوگانه DNA باز می‌شود به نحوی که می‌تواند به عنوان قالبی برای رشته‌های جدید DNA و RNA عمل کند. برای درک این عمل، پژوهشگران به جزییات رفتار مکانیکی DNA به ویژه پاسخ آن به گشتاور اعمالی نیاز دارند. اما روش‌های فعلی اندازه‌گیری گشتاور تنها قادرند این رفتار را در رشته‌های طولانی DNA به طور میانگین اندازه بگیرند. اما اکنون فلوریان اوبراستراس (Florian Oberstrass) از دانشگاه استنفورد و همکارانش می‌توانند وقتی یک رشته DNA را می‌پیچانند، پاسخ دنباله پایه-جفت را با دقتی بیشتر اندازه بگیرند.

نویسندگان یکی از سرهای مولکول DNA را به یک مهره مغناطیسی قابل چرخش وصل کردند تا بتواند آن را بچرخاند و مولکول را باز یا بسته کنند. یک مهره نانومقیاس ثانویه به بالای دنباله DNA وصل می‌شود تا دوران در آن مکان مانیتور شود. در حین چرخش مولکول، نویسندگان دو تغییر ساختاری متفاوت را مشاهده کردند که به دنباله DNA بستگی دارند. تحت شرایط خاص، ضعیف‌ترین دنباله‌های DNA (آن‌هایی که فقط حاوی جفت‌های پایه آدنین و تیمین هستند) برای باز و بسته کردن متناوب مشخص شدند. این پدیده که به «تنفس» DNA مشهور است در فرایندهای فیزیولوژیکی بسیاری نقش دارد. برعکس، باز کردن دنباله DNA بر اساس تناوبگوانین و کیتوزین باعث گذاری ساختاری می‌شود، به این صورت که DNA راست‌دست (B-DNA) به پیکربندی چپ‌دست (Z-DNA) تبدیل می‌شود.

نویسندگان قادرند تا هر دو موضوع جداسازی رشته و گذار راست‌دست به چپ‌دست را با مدل ساده‌ای توصیف کنند که در آن DNA به صورت زنجیره‌ای یک بعدی از اسپین‌های اتمی توصیف می‌شود. تشخیص بیشتر دنباله‌های دیگر می‌تواند منجر به مدل مکانیکی و ترمودینامیکی کامل‌تری از DNA شود.

منبع: Wind-up DNA

مرجع: Torque Spectroscopy of DNA: Base-Pair Stability, Boundary Effects, Backbending, and Breathing Dynamics