به گزارش گروه علم و فناوری باشگاه خبرنگاران دانشجویی(ایسکانیوز)؛ علم جدید ثابت کرده است که DNA می‌تواند فراتر از انتقال اطلاعات ژنتیکی از نسلی به نسل دیگر انجام دهد و یکی از این کاربردها ذخیره و نگهداری حجم عظیمی از اطلاعات است.
برای محققانی که نیاز به ساخت مولکول‌های فوق‌العاده پیچیده دارند، خواص فیزیکی دئوکسی ریبونوکلئیک اسید یا همان DNA فرصت بزرگی را برای ساخت ماشین‌های قابل برنامه‌ریزی و خودمونتاژی (رشته‌های DNA خودشان را طبق برنامه‌ریزی دانشمندان آرایش می‌دهند) در اختیارشان قرار داده است.
اریک بنسون، زیست‌فیزیکدان دانشگاه آکسفورد، می‌گوید: در تحقیقات‌مان، ابتدا مدل‌های کامپیوتری طراحی می‌کنیم و سپس رشته‌های DNA را برنامه‌ریزی می‌کنیم تا خودآرایی کنند. فرآیند خودمونتاژی بسیار چالش برانگیز است، زیرا در عین اینکه کنترل زیادی روی رشته‌های DNA داریم، دست و پایمان برای تنظیم آنها بسیار بسته است.
بنسون و همکارانش پس از سال‌ها تحقیق و توسعه، متوجه شده‌اند که چطور یک مینی‌ماشینی بسازند که رشته‌های DNA را در کنار هم با ترتیب مورد نظر بچیند. بنسون می‌گوید که مینی‌ماشین آنها یا بهتر بگوییم چاپگرشان، قادر است هد (نوک) مرکزی خود را در دو بعد در بالای یک سطح حرکت دهد؛ سطحی که کاملا از DNA ساخته شده است.
DNA؛ یک مصالح ساختمانی در مقیاس نانو
بنسون می‌گوید: ما عاشق کار با DNA هستیم. DNA یک مولکول ساده است. همه چیز از رشته‌ای به نام نوکلئوتیدها شروع می‌شود. نوکلئوتیدها مولکول‌های کوچکی هستند که در پیوند با یکدیگر RNA و DNA را تشکیل می‌دهند و از یک مولکول قند تشکیل شده‌اند که به یک گروه فسفات و یک پایه حاوی نیتروژن متصل است. در واقع، هر نوکلئوتید تنها یک باز آلی نیتروژن‌دار دارد که می‌تواند از گونه آدنین (A) یا گوانین (G) یا سیتوزین (C) یا تیمین (T) باشد. مولکول های A و T به یکدیگر جذب می‌شوند و مولکول‌های G و C نیز به یکدیگر جذب می‌شوند.
در موجودات زنده‌ای که از DNA برای انتقال اطلاعات ژنتیکی استفاده می‌کنند، نوکلئوتیدها بلوک اصلی ساختمان این مولکول‌ها هستند. آنها توسط سلول یکی یکی جمع می‌شوند و با فرآیند همانندسازی در DNA یا رونویسی برای RNA به هم متصل می‌شوند. سپس DNA و RNA به نوبه خود به عنوان دستورالعملی برای ساختن پروتئین‌ها و هدایت فعالیت‌های دیگر در یک سلول استفاده می‌شوند.
البته این عملکرد بیولوژیکی، ویژگی ذاتی خود DNA به شمار نمی‌رود. یک ژن - یک توالی متمایز از نوکلئوتیدها - فقط می‌تواند باعث ایجاد یک فرآیند بیولوژیکی خاص در شرایط بسیار دقیق شود. بنسون می‌گوید که این مولکول‌ها خاصیت مغناطیسی دارند و بنابراین اگر آن را درست طراحی کنیم، قطعات کاملا یکدیگر را پیدا می‌کنند.
به گفته بنسون، بدن ما از همه این پروتئین‌های خارق‌العاده تشکیل شده است که به روشی مشابه، با تا کردن پلیمرهای خطی به شکل‌های پیچیده‌تر ساخته شده‌اند.
ایده بسیار ساده
چاپگر بنسون و همکارانش از تقریبا ۱۸ هزار جفت DNA ساخته شده است. با این حال، ایده اولیه آنها به این بزرگی نبود. کار قبلی آنها بر روی یک موتور خطی متمرکز بود که می‌توانست برای به حرکت درآوردن یک بازوی هیدرولیک استفاده شود. اما هنگامی که آنها متوجه شدند چگونه در این مقیاس گسترده‌تر کار کنند، پروژه جاه‌طلبانه‌ای را شروع کردند.
بنسون توضیح می‌دهد: اگر بخواهند چند موتور خطی را بگیرند، کنار هم بگذارند و مستقلا کنترل کنند، می‌توانند چیزی بسازند که عملکرد پیچیده‌ای دارد و ما موفق شدیم این موتورهای خطی را به گونه‌ای ترکیب کنیم که بتوانند به طور مستقل و به نوعی متعامد با یکدیگر کار کنند.
این چاپگر نسبتا ساده است. هد آن در سرتاسر یک صفحه شطرنج مانند حرکت می‌کند؛ یعنی در امتداد دو ریل عمود بر هم. ایده اصلی این بود که یک قطعه مرکزی را در دو بعد در مقیاس نانو حرکت دهند، ولی سپس عملکردی را به قطعه مرکزی اضافه کردند تا آن را به یک هد چاپی برای الگوبرداری از سطح زیر، از طریق فعل و انفعالات DNA تبدیل کنند.
فرآیندی زمان‌بر
محققان در عمل، از نرم‌افزار استفاده می‌کنند تا طرح‌های DNA خود را ترسیم کنند و ببینند که چگونه در دنیای واقعی رفتار خواهند کرد. بنسون می‌گوید: اساسا تنظیم دستی انجام دهیم تا ببینیم هر تغییر در طرح، چه تاثیری روی شبیه‌سازی می‌گذارد و چگونه به نظر می‌رسد.
با این حال، محصول نهایی یک طرح اولیه نیست، بلکه فهرستی از توالی‌های DNA است. اکثر آنها تقریبا 60 نوکلئوتید طول دارند و محققان آنها را تحت شرایط خاص شوری و در دمای بالا با هم مخلوط می‌کنند.
بنسون می‌گوید: گرما همه چیز را می‌شکند، هیچ DNA هیبرید نمی‌شود. شما نمی‌توانید آنها را فقط با هم مخلوط کنید و روی نیمکتی در دمای اتاق قرار دهید، زیرا به چیزی که می‌خواهید نخواهید رسید... در دمای پایین هم سناریوهای خاص خود را دارند.
محققان پس از مخلوط کردن رشته‌ها در دمای نسبتا بالا، به آرامی معجون را در طی چند ساعت خنک می‌کنند. برای مونتاژ پیچیده‌ای مانند چاپگر، قطعات مختلف باید به طور جداگانه خود مونتاژ شوند. سپس این اجزا با هم مخلوط و اجازه داده می‌شود تا خود به خود در محصول نهایی جمع شوند. بعد از آن محققان نتیجه را در میکروسکوپ‌های الکترونی و میکروسکوپ‌های نوری با وضوح فوق‌العاده تماشا می‌کنند تا عملکرد مخلوط را دریابند.
نظر شما