Nanopores

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Un compteur Coulteur moléculaire

Un compteur Coulter est un appareil permettant de détecter électriquement le passage d’un objet à travers un trou de taille semblable à cet objet. La détection s’effectue via la mesure du courant électrique passant à travers ce trou. A potentiel constant, lorsqu’un objet passe à travers le trou, la résistance électrique du circuit augmente brutalement, le courant chute, signant ainsi le passage de l’objet.

Bien que les dimensions soient extrêmement réduites, les expériences de nanopore suivent ce principe. Un pore unique formé par une protéine, l’alpha-hémolysine, est inséré dans une bicouche lipidique, le tout baigné dans une solution saline concentrée (KCl à 1M). La membrane lipidique dans laquelle le pore est inséré est isolante électriquement.Une différence de potentiel électrostatique (100mV typiquement) est appliquée de part et d’autre de la membrane à l’aide d’électrodes d’argent, induisant un courant ionique de l’ordre de la centaine de picoampères.

Par électrophorèse, les molécules chargées diffusant à proximité du pore, tels les acides nucléiques, sont entraînées à l’intérieur de celui-ci. Sur le gif animé on peut voir un duplex d’ADN (ADN double brin) se faire piéger dans le nanopore via une extrémité simple brin dépassant du double brin. Le courant électrique chute de manière concomitante à ce piégeage car la molécule d’ADN obstrue le pore. La différence de potentiel produit une force sur l’ADN, qui est une molécule chargée. Si la force électrostatique est suffisamment grande la molécule d’ADN est dénaturée (le double brin se casse en simple brin) et passe à travers le pore. Le courant électrique revient alors à son niveau initial.

Typiquement, au cours d’une expérience, des centaines de signaux de translocations de molécules à travers le pore de ce type sont enregistrés puis analysés.

Résultats / Publications

Probing DNA base pairing energy profiles using a nanopore – 2009

V Viasnoff, N Chiaruttini, U Bockelmann
European Biophysics Journal 38 (2), 263-269

Où comment expliquer que deux séquences d’ADN ayant la même stabilité globale sont dégraffés avec des temps différents.

Force fluctuations assist nanopore unzipping of DNA – 2010

V Viasnoff, N Chiaruttini, J Muzard, U Bockelmann
Journal of Physics: Condensed Matter 22 (45), 454122

Présentation d’hypothèses pour expliquer deux observations contre-intuitives:

1 – Des cinétiques de dégraffage plus large que des simples exponentielles

2 – Le dégraffage plus rapide de molécules enrichies en GC (plus stables) par rapport à des molécules enrichies en AT

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