Dna senza segreti

Da più di dieci anni la scienza cerca di decifrare la struttura elettronica del Dna, cioè come gli elettroni si distribuiscono negli orbitali molecolari all’interno del famoso filamento a doppia elica. La conoscenza della struttura elettronica del Dna può aiutare a capire, per esempio, come l’acido nucleico si comporta in conseguenza dei danni subiti dalle radiazioni ultraviolette e può fornire informazioni utili in numerose applicazioni nel campo delle nanotecnologie.

Un gruppo di ricercatori italiano coordinato da Rosa Di Felice del Centro S3 di Modena per le nanostrutture e bioSistemi sulle Superfici dell’Istituto Nazionale per la Fisica della Materia del Consiglio nazionale delle ricerche (Infm-Cnr), in collaborazione con la Hebrew University di Gerusalemme, l’Università di Tel Aviv, l’Università di Ratisbona (Germania) e il Consorzio Interuniversitario “Cineca” di Bologna, è ora riuscito nell’intento studiando molecole di acido nucleico a una temperatura di meno 195 gradi centigradi. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Materials, è stato condotto utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel (che consente di analizzare con elevata precisione la superficie di un campione) con il quale è possibile misurare la corrente che attraversa la molecola, depositata su un substrato di oro, e osservare così la disposizione degli orbitali elettronici. Infine, grazie a calcoli teorici basati sulla soluzione di equazioni quantistiche, è stato possibile ricostruire la struttura elettronica corrispondente alla corrente misurata e da qui stabilire quali elementi della struttura a doppia elica contribuiscono a far muovere gli elettroni attraverso la molecola. Per limitare le distorsioni dovute a impurità e rumori di fondo i ricercatori hanno usato una forma lunga, omogenea e semplificata della molecola (composta solo dalle due basi azotate guanina e citosina).

Le potenzialità della scoperta sono enormi: la conoscenza delle proprietà elettroniche del Dna è la base per un’infinità di applicazioni in campi che vanno dalla biochimica alla nanotecnologia. Per esempio si potrà fare luce su come i raggi ultravioletti danneggiano il Dna producendo mutazioni genetiche e radicali liberi e su come la molecola reagisce: la riparazione del Dna avviene infatti attraverso il trasferimento lungo la doppia elica di cariche elettriche, che ripristinano un legame molecolare alterato. Nel campo della nano-bio-elettronica, il settore di ricerca avanzato che molecole biologiche per costruire circuiti elettronici, il Dna è preso in considerazione come possibile filo conduttore di dimensioni molecolari, per realizzare bio-chip più piccoli ed efficienti dell’attuale elettronica su silicio. (s.s.)