FASI LIQUIDO-CRISTALLINE IN SOLUZIONI CONCENTRATE DI OLIGONUCLEOTIDI (DNA E RNA) IN SINGOLO E DOPPIO FILAMENTO
Progetto Il gruppo proponente vanta una consolidata competenza nell¿ambito dei cristalli liquidi, delle transizioni di fase, della fisica delle biomolecole. Il gruppo ha recentemente scoperto che segmenti ultrabrevi di doppia elica di DNA e RNA hanno una forte propensione a formare strutture fortemente ordinate quando in soluzioni concentrate. Il progetto qui presentato è dedicato allo studio delle varie implicazioni che questa scoperta comporta.
La capacità di lunghi filamenti di DNA in doppia elica di formare fasi ordinate quando in soluzioni sufficientemente concentrate è nota fin dagli anni ¿40 e ha giocato un ruolo fondamentale nel consentire di decifrare la sua struttura. Nuova è invece la scoperta che segmenti di DNA e RNA in doppia elica anche quando estremamente brevi (fino a 6 paia di basi) formano fasi liquido-cristalline strutturate su larga scala, quali la fase colesterica e la fase colonnare. Ancor più sorprendente è l¿osservazione che miscele di oligonucleotidi in parte tra loro complementari e in parte invece non interagenti, si separano in fasi coesistenti, con una fase di doppie eliche ad alto grado di ordine posizionale e orientazionale coesistente con una fase destrutturata isotropa di oligo in singolo filamento. L¿osservazione di questo comportamento di fase di oligonucelotidi è totalmente nuova ed ha importanti conseguenze: rivela nuove forme di interazione DNA-DNA (RNA-RNA) non ancora descritte, apre nuovi scenari nella sintesi prebiotica di biopolimeri, suggerisce nuove tecniche per estrarre filamenti complementari (ibridizzati) in miscele di sequenze di DNA, inaugura un¿area della soft matter in cui il DNA è utilizzato quale struttura versatile per realizzare molecole o complessi molecolari la cui lunghezza, flessibilità, interazione reciproca può essere controllata. Lo studio di questi aspetti è l¿oggetto della ricerca prevista del gruppo proponente.
Sul versante della ricerca di base nel campo della fisica statistica, le osservazioni compiute sono originali per due diversi motivi, che intendiamo investigare. Innanzitutto, per giustificare le fasi ordinate osservate bisogna ipotizzare interazioni attrattive non ancora riportate in letteratura. Le investigazioni finora svolte ci fanno supporre che vi sia un¿interazione attrattiva di tipo end-to-end che induce strutture ¿a collana¿ mediante interazioni reversibili (i cosiddetti ¿living polymers¿). La verifica di questa ipotesi richiede ulteriori investigazioni. Un secondo motivo di interesse legato alla fisica di base è la possibilità di spiegare la separazione di fase di oligo a singolo e doppio filamento in termini universali, come proprietà generale di miscele di macromolecole aventi flessibilità molto diversa, un concetto che presenta forti analogie con le più studiate forze di deplezione e che intendiamo investigare studiando miscele di oligonucleotidi e oligopolimeri sintentici e naturali di diverso tipo.