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1. Más allá del paso de la hélice: la visualización directa de
ADN nativa en solución acuosa.
Resumen
La doble hélice de ADN fue dilucidada por primera vez por JD Watson y Crick FHC hace
más de medio siglo. Sin embargo, nadie podía "ver" la estructura conocida. Entre todos los
métodos de observación en el espacio real, sólo la microscopía de fuerza atómica (AFM) nos
permite visualizar la estructura biológicamente activa de ADN natural en el agua. Sin
embargo, las mediciones de AFM convencionales causaban a menudo la deformación
estructural de ADN debido a las fuertes fuerzas de interacción que actúan sobre el
ADN. Además, la gran superficie de contacto entre la sonda AFM y el ADN nos impidieron
imaginar características a escala sub-molecular, más pequeñas que la periodicidad helicoidal
del ADN. Aquí, se muestra la observación directa de ADN de plásmido nativo en agua
utilizando un AFM-de muy bajo ruido con el método altamente sensible de detección de
fuerza (frecuencia de modulación AFM: FM-AFM). Nuestras micrografías de ADN
vívidamente exhiben no sólo estructura general de la forma B de doble hélice en agua, sino
también las estructuras locales que se desvían de las estructuras cristalográficas de ADN sin
ningún daño. Por otra parte, el área de fuerza de interacción en el FM-AFM era lo
suficientemente pequeño para discernir claramente grupos funcionales individuales dentro
de ADN. La técnica también se aplicó a explorar las nanoestructuras de ADN sintetizados
hacia la nanobiotecnología actual. Este trabajo será esencial para la consideración de la
relación estructura-función de los sistemas biomoleculares en vivo y para el análisis in situ
del ADN basado en nanodispositivos.
Palabras clave: ADN de doble cadena. La microscopia de fuerza atómica de modulación de
frecuencia. Nanobioimagen. Nanotecnología del ADN. Autoensamblaje molecular

2. Desde el descubrimiento de la estructura de la doble hélice del ADN por Watson y Crick, se
han realizado amplios esfuerzos por explorar las funciones biológicas basadas en la estructura
del ADN. La Fuerza atómica microscópica (AFM)2 es una de las pocas herramientas de
observación en el espacio real capaz de visualizar estructuras de biomoléculas en solución.
Sin embargo, la estructura submolecular de doble hebra del ADN por AFM no ha tenido éxito
por la pobre capacidad de controlar las fuerzas de interacción que actúan sobre el ADN;
Sólo unos cuantos investigadores reportaron imágenes de ADN de doble cadena en solución,
con una resolución espacial limitada en el que ranuras de ADN de doble cadena estaban
apenas resueltos. Recientemente, el AFM con método de detección de modulación de
frecuencia (FM-AFM) se ha utilizado para observar más estructuras detalladas de ADN en
solución. Sin embargo, no ha habido más información que la Simetría helicoidal del ADN de
la forma B, que ya ha sido determinado por estudios cristalográficos. Aquí, visualizamos
directamente el ADN plasmídico de circuito cerrado en una solución acuosa utilizando FM-
AFM. La mayor y menor ranuras estaban claramente resueltas, y la alta sensibilidad a la
fuerza nos permitió distinguir los grupos fosfatos de la columna vertebral de ADN sin la
deformación de la muestra. Además, se demuestra a escala sub-molecular imágenes de
cristales de ADN auto-ensamblado en una solución acuosa, que directamente se refieren a la
nanotecnología del ADN. Bajo condiciones fisiológicas, la mayoría de las moléculas de DNA
(dsDNA) de doble cadena adopta la conformación de la forma B. Las formas B de las
moléculas de DNA (DNA de B) tienen estructuras helicoidales diestras y distintivos surcos
mayores y menores, que idealmente son descritos por el modelo bien conocido de Watson –
Crick del ADN. Las estructuras de la ranura en la superficie de B-DNA están estrechamente
relacionadas a las funciones del gen, como formación del núcleo del nucleosoma y el control
de la expresión génica de proteínas de unión a ADN. Se utilizó FM-AFM, donde se miden
las fuerzas de interacción punta-muestra como el desplazamiento de la frecuencia de
resonancia del uno mismo-oscilado voladizo.

3. Figura 1. Imágenes del FM-AFM de ADNplásmido. (A) Imagen topográfica del FM-AFM
típica de la estructura superenrollada el ADNdel plásmido circular cerrado (2686 de pares de
bases) en solución acuosa (50 mM NiCl 2) (apoyo información figura S5). (B) imagen
topográfica de FM-AFM alta resolución del plásmido ADN en solución acuosa (50 mM NiCl
2). Las flechas rojas y azules indican las posiciones de los surcos mayores y menores de B-
DNA, respectivamente. Regiones de fusión locales de la DNA de plásmido se indican mediante
flechas grises.Recuadro: estructura molecular de la B-ADN. (C) media perfil transversal en el
eje de la hélice de ADN se mide en la zona indicada por el rectángulo blanco en (B)(apoyo
información figuras S6 y S7). Las flechas rojas y azules indican las posicionesde los surcos
mayores y menores,respectivamente.
Figura 2. Comparación del FM-AFM e imágenes simuladas de AFM.(A) ampliada la imagen
de la zona indicada por el rectángulo blanco en la figura 1B. (B) perfil sección transversal a lo
largo de la línea A-B (A), que es perpendicular al eje de la hélice. (C-E) Simular imágenes AFM
de consejos suponiendo que B-ADNcon un radio de 0.2 y 1.0 2.0nm. (F-H) corte transversal de
perfiles a lo largo de las líneas A-b C-E, respectivamente,que son perpendiculares a los ejes de
la hélice. El perfil en (B) se superpondrá (G) (línea punteada).