Microsc. Microanal. Microstruct. 5, 47-56 (1994)
DOI: 10.1051/mmm:019940050104700

Scanning tunneling microscopy study of a DNA fragment of known size and sequence

Monique Marilley¹, Philippe Pasero¹, Alain Humbert², Samuel Granjeaud², Michel Dayez², Roger Pierrisnard² et Bertrand Jordan<sup>3

1</sup>  Laboratoire de Génétique, URA CNRS 1189, 27, Bd J. Moulin, 13385 Marseille Cedex 5, France
²  Laboratoire de Physique des Etats Condensés, URA CNRS 783, Parc Scientifique et Technologique de Luminy, Case 901, 13288 Marseille Cedex 9, France
³  Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy, Parc Scientifique et Technologique de Luminy, Case 906, 13288 Marseille Cedex 9, France

Abstract
Assays to visualize a DNA fragment that may serve as DNA test for further experiments were performed by scanning tunneling microscopy (STM). We present observations on a 350 bp restriction fragment from pBR322 deposited on natural graphite single crystal surfaces and imaged in vacuum. Measurement of the length and of helical parameters of the molecule in conjunction with the fact that no features of the substrate or electrical characteristics were suggestive of a graphite artifact, allowed unambiguous identification of the molecule. Imaging of the entire DNA molecule has been achieved and high, resolution details are shown. Their correspondence to precise DNA sequences may be deduced from their localization on the image since the DNA sequence and orientation of the molecule is known. Therefore, both global and local sequence-directed variations of structural features along a DNA molecule are now accessible to analysis with STM imaging. The ability of STM to investigate DNA structures involved in gene activity appears thus to be very promising.

Résumé
Des essais pour visualiser un fragment d'ADN qui puisse servir de test pour des expériences ultérieures ont été réalisés en microscopie par effet tunnel (STM). Nous présentons des observations faites sur un fragment de restriction de 350 pb provenant de pBR322, déposé sur la surface d'un monocristal naturel de graphite et imagé sous vide. La mesure de la longueur et des paramètres hélicoïdaux de la molécule s'ajoutant au fait qu'aucun aspect du substrat ou des caractéristiques électriques ne suggérait un artefact du graphite, ont permis une identification non ambiguë de la molécule. L'image de la molécule complète d'ADN a été obtenue et des détails en haute résolution sont montrés. Leur correspondance avec des séquences d'ADN précises peut être déduite de leur localisation sur l'image puisque la séquence et l'orientation de la molécule sont connues. Les variations générales de même que les variations locales des caractéristiques structurales le long de la molécule d'ADN sont donc maintenant accessibles à l'analyse par imagerie STM. La capacité du STM à analyser les structures d'ADN impliquées dans l'activité génique apparaît ainsi très prometteuse.

PACS
8714G - DNA, RNA.

Key words
Scanning tunneling microscopy -- Double stranded DNA -- Molecular structure -- Restriction fragment -- Technique -- Performance evaluation -- High resolution -- Nucleic acids -- Biochemistry -- Biological sciences -- Life sciences -- Genetics


© EDP Sciences 1994