Riječ „gen“ ima tajanstveni, gotovo magični prizvuk, no struktura molekula tvari od koje su izgrađeni svi naši geni (DNA) vrlo je jednostavna, toliko jednostavna da znanstvenicima dugo nije palo na pamet da bi nešto takvo kao što je DNA moglo biti nositelj svih nasljednih osobina budućeg organizma. Smatrali su naime da je nasljedna informacija zapisana u proteinima, jer se znalo da se kromosomi sastoje od proteina (histona) i DNA. Gen je „vjerojatno velika proteinska molekula, u kojoj svaki atom, svaka atomska skupina, svaki heterociklički prsten igra posebnu ulogu, manje ili više različitu od one koju igra svaki drugi sličan atom, atomska skupina ili prsten“, pisao je 1943. godine austrijski fizičar Erwin Schrödinger (Schrödingerova jednadžba!) koji je, eto, napravio mali izlet u biologiju. 

No vratimo se molekuli DNA. Izuzmemo li načelo sparivanja baza (A-T, C-G), na čemu se temelji njezina replikacija (udvajanje) i prenošenje genskih informacija, molekula DNA se ne razlikuje od drugih nitastih molekula u živim bićima. DNA je polimer, baš kao što su polimeri celuloza i fibroini, proteini koji daju čvrstoću svili i paučini. Riječ je o dugim lančastim molekulama koje su međusobno povezane vodikovim vezama. U molekuli celuloze vodikove se veze stvaraju između hidroksilnih skupina (-OH), u proteinskim molekulama poglavito između skupina >C=O i H-N<, a u molekulama DNA između više vrsta skupina koje se nalaze na hetrocikličkim, purinskim i pirimidinskim bazama. No da dalje ne opterećujem čitatelj s kemijom i formulama, reći ću samo da upravo vodikove veze daju prirodnim nitima čvrstoću. Jer kad njih ne bi bilo, molekule („najtanje niti“) bi se razdvojile, pa od njihova ispredanja u sve deblje i deblje niti ne bi moglo biti ni govora.

I eto smo tako došli, preko strukture molekula DNA i drugih nitastih molekula i do ovotjedne teme. Riječ je o znanstvenom radu kineskih znanstvenika objavljenom u časopisu Matter. O čemu se radi vidi se već iz naslova: „Superstrong and tough DNA bulk fibers via metal ion-induced multiscale egineering“. Što su napravili kineski znanstvenici? 

Najjednostavnije rečeno, oni su pojačali povezivanje lanaca molekule DNA upotrebom metalnih iona.  Ioni metala nose naime pozitivni električni naboj, pa stoga služe kao mostovi koji povezuju negativne naboje susjednih molekula. Zbog toga se mnogo molekula DNA može povezati u jednu nit. 

Kako to obično biva, počinje se od kompliciranog da bi se došlo do jednostavnog. Tako je bilo i u ovom istraživanju. Autori spomenutog rada su najprije priređivali niti od molekula DNA s dodatkom iona lantanoida (La³⁺, Ce³⁺, Nd³⁺...), metala koji čine glavninu skupine rijetkih zemalja (kojoj uz lantanoide pripadaju još samo dva metala, skandij i itrij), da bi nakon pokusa s dvovalentnim metalima (Ca²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺...) došli do najlogičnijeg, najjednostavnijeg i najboljeg rješenja, do iona magnezija (Mg²⁺).

Zašto kažem da su magnezijevi ioni „najlogičnije, najjednostavnije i najbolje rješenje“? Zato što upravo magnezijevi ioni, vežući se za fosfatne skupine molekule DNA, stabiliziraju te molekule i kromosome u živim bićima! Magnezij je, za razliku od lantanoida, vrlo jeftin i lako dostupan (u svakoj toni morske vode ima ga oko kilogram), a usto je neotrovan, štoviše magnezij je esencijalni element. Trebamo još dodati da se DNA dobiva iz žive prirode (u ovom slučaju od ribe, lososa), pa je jasno da je riječ o materijalu i tehnologiji kojoj ne nedostaje „zelenila“. 

Zahvaljujući dodatku magnezija, od 50 mg DNA mogla ispresti kilometar duga nit (promjera 4,5 μm). No najvažnije od svega, ta je nit nadmašivala niti od svih prirodnih materijala. Štoviše, po prekidnoj čvrstoći (513 MPa) bila podjednaka najlonu, a po Youngovom modulu elastičnosti (90 GPa) bolja od njega (2,9 GPa). Mana joj je međutim što se sporo prede (za izradu tisuću metara duge niti treba oko tri sata) i što stajanjem gubi na mehaničkim svojstvima. No to su već problemi koji se dadu riješiti usavršavanjem tehnologije.

Primjena? Sigurno ne za pletenje čarapa: autori spomenutog rada vide je prije svega u mehanobiologiji i bioelektronici. No, vidjet ćemo.

 
Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga. Upravo mu je izišla još jedna: "Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti".