حل معمای سنتز قطعات بلند و تک‌رشته‌ای DNA

تاریخ : ۰۸ آذر, ۱۳۹۶

تعداد بازدید : ۴۲۳

5 امتیاز از 1 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

زیست‌شناسی مصنوعی همواره با چالش دست‌یابی به روشی قابل اتکا جهت سنتز توالی‌های DNA دست و پنجه نرم می‌کند. حال اگر توالی‌ها تک رشته ای و بلند باشند، مشکلات بیشتر هم می‌شود. با روش واکنش تبادلی پرایمر، توالی سنجاق سری به عنوان کاتالیزگر واکنش سنتز توالی تک رشته ای، نتایج قابل قبولی را به دست می‌دهد.

مولکول‌های DNA به عنوان مواد وراثتی که در تمامی سلول‌های بدن حضور دارند مجدداً مورد توجه زیست‌شناسان مصنوعی و نانوزیست‌فناوران‌ قرار گرفته‌اند. این ترکیبات مولکول‌های هوشمند و پایداری هستند که می‌توان از آن‌ها برای ساخت نانوفاکتورها، ساختارهای نانویی انتقال‌دهنده داروها و ابزارهای مولکولی بهره برد. این ابزارها قابلیت بررسی محیط و پاسخگویی به آن را دارند برای مثال می‌توانند عفونت را در بدن و سموم را در محیط تشخیص دهند. این ابزارهای در ابعاد نانو اغلب می‌توانند موجب ایجاد توالی‌های بزرگی متشکل از بازهای نوکلوئوتیدی A، T، C و G شوند؛ که می‌توانند در تغییرات ساختاری که در آن‌ها به واسطه جفت شدن بازها ایجاد می‌شود توالی‌های متعددی را ایجاد کنند. اما تاکنون دانشمندان موفق نشده‌اند ابزاری را ایجاد کنند که بتواند توالی‌های تک‌رشته‌ای بزرگی را به صورت مستقل ایجاد کند و سپس آن‌ها را براساس الگویی از پیش تعیین شده به یکدیگر متصل کند.
مهندسین روش جدیدی را ابداع کرده‌اند که به کمک آن می‌توان مولکول‌های DNA را به گونه‌ای طراحی کرد که در آن‌ها امکان رشد مستقل و الحاق در مسیرهای مشخص تعبیه شده وجود دارد. این گام جدید می‌تواند موجب شکل‌گیری پایه‌های نسل جدیدی از ابزارهای مولکولی قابل برنامه‌ریزی باشد. این روش جدید که واکنش تبادلی پرایمر (PER) نام گرفته است در زمینه‌های مختلفی هم‌چون خودسازی اریگامی و نانوساختارهای DNA کاربرد دارد.
پژوهشگران تاکنون ابزاری که امکان ایجاد توالی‌های بزرگی از DNA را که رشد مستقل داشته باشند و بتوانند براساس الگویی مشخص به یکدیگر از انتها متصل شوند؛ در اختیار نداشتند.گروهی درمؤسسه زیست‌شناسی Wyss از دانشگاه هاروارد با طراحی مسیرهای آبشاری PER این امکان را فراهم کرده‌اند تا پیش از شروع کار از درست بودن پیش‌طراحی‌های انجام شده اطمینان حاصل کنند.
روش‌های قبلی کپی‌های مشخصی از توالی‌های کوچک تثبیت شده را تولید می‌کردندکه قادر به اضافه کردن توالی سنتزشده در الگوهای موجود برای ایجاد مجموعه‌های مستقل و بزرگتر بدون دخالت کاربر نبودند.
رونوشت‌های متعددی از PER DNA برای کاربردهای متفاوتی هم‌چون سنتز مستقل نانوساختارهای بزرگ DNA که با عنوان اریگامی‌های DNA شناخته می‌شوند و به کاربردن در زیست‌شناسی مصنوعی ایجاد شده‌اند. این رونوشت‌ها می‌توانند هم‌چون کاتالیزور خود عمل کنند، به طور مستقل RNA هدف را برش دهند، به عنوان پروب‌های نشان‌دار شده با فلورسانس موجب بروز محرک‌های مولکولی خاصی شوند و یا ثبت‌کننده‌های مولکولی باشند که به وضوح سیگنال‌های مولکولی نمایان شده در محیط خود را به نمایش می‌گذارند.
برای شروع آبشارهای PER به دو جزء پایه‌ای نیاز است. بخش اول حدواسط سنجاق سری( DNA کاتالیزگر) که مولکولی تک‌رشته ای است که با خود جفت و ایجاد ساختار سنجاق سری با یک برآمدگی کوتاه را می‌کند. این برآمدگی ایجاد شده موجب جذب کردن پرایمر که دومین جزء پایه‌ای است می‌شود؛پرایمر مکمل بخش برآمده در ساختار سنجاق سری است. پرایمر با کمک توالی فراهم شده به وسیله حدواسط سنجاق‌سری طویل می‌شود و سپس حدواسط‌ها حذف می‌شوند؛ که امکان آغاز مرحله بعد آبشار و یا طویل شدن یک پرایمر دیگر را فراهم می‌کنند. این مسیرهای پیچیده سنتز به صورت خودکار انجام می‌شوند و عملکردشان با روبات‌ها مولکولی که برنامه‌ریزی شده‌اند، قابل مقایسه است.
این روش نه‌تنها می‌تواند قطعات مشابهی از DNA را برای اضافه کردن به یک توالی در حال رشد ایجاد کند بلکه می‌تواند با ایجاد تغییراتی در ساختار DNAهای سنجاق سری کاتالیزکننده و پرایمرها در مخلوطی که در حال مونتاژ است انواع متفاوتی از توالی‌های DNA را ایجاد کند. در حال حاضر تلاش می‌شود تا از روش PER برای کاربردهای دیگری هم‌چون ثبت‌کننده‌های مولکولی، تشخیص‌دهنده‌های پیشرفته و تصویرگرهای بافتی بهره برد.
روش جدید معرفی شده اهمیت قابل برنامه‌ریزی بودن مولکول‌های DNA را برای ایجاد ساختارهای سه‌بعدی خاص و عملکردهای از پیش تعیین شده نشان می‌دهد. این مراحل موجب پیشرفت به‌سزایی در روباتیک مولکولی خواهد شد و بدون شک در ایجاد دستگاه‌های پزشکی و غیر پزشکی در آینده نقش مهمی را ایفا خواهد کرد.

منبع : https://www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171106121302.htm

نظر شما
نظرسنجی