Fasi liquido cristalline di oligomeri di DNA appaiati in doppia elica. Studio della dipendenza del diagramma di fase da difetti di appaiamento e randomness di sequenza.

Il nostro gruppo è stato recentemente protagonista della scoperta della ricca varietà di forme d'ordine che si instaurano spontaneamente in soluzioni concentrate di oligonucleotidi appaiati in doppia elica. Tali frammenti di DNA tendono infatti ad ordinarsi su scala macroscopica formando svariate fasi liquido cristalline, nonché dando origine a complesse separazioni di fase. Questi fenomeni hanno una base fisica interessante, essendo la gran parte di essi dovuti all'azione di forze di natura entropica: forze idrofobiche che controllano l'aggregazione reversibile delle molecole in catene lineari, forze legate al trade-off di entropia rotazionale e traslazionale che controllano il formarsi delle fasi nematiche, forze analoghe alle forze di svuotamento ("depletion forces") che promuovono la separazione di fase tra i filamenti non appaiati (e perciò flessibili) e le doppie eliche (rigide). Nessuno di questi fenomeni potrebbe però sussistere in assenza dell'iniziale appaiamento delle sequenze in doppie eliche. Fino ad ora i nostri studi sono stati svolti con sequenze ad appaiamento perfetto (casomai miscelati a sequenze con pochissima propensità alla formazione di doppie eliche). Riteniamo a questo punto fondamentale comprendere il possibile ruolo di difetti di appaiamento nelle doppie eliche. Ciò appare interessante sia dal punto di vista della fisica statistica (all'aumentare delle specie molecolari il diagramma di fase può diventare molto più ricco), che dal punto di vista della ricaduta biologica (esistono meccanismi fisici legati al comportamento collettivo in grado di selezionare spontaneamente sequenze ben appaiate da sequenze mal appaiate?). Vogliamo pertanto, col sostegno dei finanziamenti di Ateneo, svolgere una campagna di misure sul comportamento di fase di sequenze con difetti di appaiamento e/o posizioni in catena in cui le basi azotate sono variabili. Il gruppo proponente ha indubbiamente le competenze per affrontare questo progetto, e garantisce di portarlo a termine con successo e di farne l'oggetto di una o più pubblicazioni di prestigio. Il lavoro svolto fin ora ha avuto infatti enorme riscontro. Sono stati pubblicati un Science (2007, sull'esistenza di queste fasi), un PNAS (2008, sulla separazione di fase). E' in corso di stampa un Langmuir (Cover Issue!, sull'ordine superficiale) ed è stato inviato un articolo a JACS (sul comportamento del RNA). Il dott. Zanchetta, assegnista di ricerca in questo progetto, ha da poco vinto un Glenn Brown Prize per la miglior tesi di PhD (di UniMi, relatore T. Bellini) dato dalla Società Internazionale di Cristalli Liquidi. Il premio, di cui ne sono conferiti 2 ogni anno, verrà consegnato al congresso ILCC08 a Seul, congresso a cui partecipano tipicamente un migliaio di persone da tutto il mondo. L'eco stampa di questi lavori sui cristalli liquidi è stato impressionante ed ha portato grande visibilità al nostro Ateneo (vedi il sito web del gruppo physics.litasegr.unimi.it/extras.php).