دستاورد اوریگامی دی‌ان‌ای در تقلید حرکات طبیعی سلول‌ها در مقیاس نانومتری

تاریخ : ۲۴ اردیبهشت, ۱۳۹۷

تعداد بازدید : ۳۹

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

با استفاده از دی‌ان‌ای تاخورده به اشکال اوریگامی میتوان فرایندهای درون سلول به صورت مصنوعی تقلید کرد. در پژوهش اخیر فیلامنت‌های دی‌ان‌ای به همراه نانوذرات طلا جهت تقلید حالت تقسیم سلولی به کار رفته‌اند. دستاورد اصلی این پژوهش ساخت نانوروبات‌های کاربردی در آینده‌ای نه چندان دور خواهد بود.

پژوهشگران آلمانی در مؤسسه سیستم‌های هوشمند ماکس پلانک، از روشی موسوم به اوریگامی دی‌ان‌ای برای تقلید بسیاری از حرکت‌های حیاتی مشاهده شده در طبیعت مانند حرکات کشویی موتورهای پروتئینی در طی تقسیم سلولی بهره ‌برده‌اند.

تقسیم سلولی ابزار بنیادی تولید مثل است، که در آن یک سلول مادر به دو سلول دختری تقسیم می‌شود. موتوری پروتئینی و خاص به نام کینسین-5 یکی از عناصر مهم در پشت پرده این فرایند تقسیم است. عملکرد کینسین-5 در ناحیه میانی این تقسیم باعث حرکت لغزشی در مسیر میکروتوبول‌ها می‌شود که در نهایت به سلول کمک می‌کنند تا فرایند تقسیم را انجام دهد. میکروتوبول می‌تواند مانند موانع سقوط موجود در بزرگراه‌ها در نظر گرفته شود که تعداد زیادی موتور پروتئینی کینسین-5 در بین آن‌ها وجود دارد.

در این راستا پژوهشگران آلمانی تلاش کرده‌اند تا از این رفتار لغزشی در مقیاس نانو تقلید کنند. بنابراین آن‌ها از سیستمی پویا و مصنوعی ساخته شده از دی‌ان‌ای استفاده کردند. اولین چالش، ایجاد مسیر، یعنی ریزلوله‌ها و موانع سقوط در دو طرف بود. برای این منظور رشته‌های دی‌ان‌ای برای ایجاد بسته‌هایی از دی‌ان‌ای به کار گرفته شدند. این بسته‌ها، بسته‌های اوریگامی نامیده می‌شوند، زیرا پژوهشگران رشته های سست دی‌ان‌ای را گرفته و آن‌ها را مانند هنر به کار رفته در تازدن کاغذ ژاپنی (اوریگامی)، تا می‌زنند. اوریگامی دی‌ان‌ای برای ساخت شکل‌ها و الگوهای نانومقیاس به وسیله پل روتموند در سال 2006 ابداع شد.

دانشمندان به بسته‌های دی‌ان‌ای اوریگامی، رشته می‌گویند. طول هر رشته حدود 100 نانومتر بوده و یک مسیر، از دسته‌بندی مارپیچ‌ها کنار یکدیگر (مانند دیوار ساخته شده از آجر) تشکیل می‌شود. تا زدن دی‌ان‌ای در داخل بسته‌ها این مزیت را دارد که با اتصال عرضی به نانوذرات طلا یا هیبرید شدن با آنها استحکام کافی را کسب می‌کند. هیبریداسیون به معنای ایجاد یک جفت بین نواحی مکمل دو رشته دی‌ان‌ای منفرد است.

چالش دیگر پژوهشگران ایجاد ساختارهای متقابل موتور پروتئینی است که در سلول‌های واقعی مسئول لغزش بوده و باعث جدایی دو سلول دختر می‌گردند. برای تقلید موتورها، از نانوکریستال‌های کروی طلا با سایز 10 نانومتر استفاده شد. اتصال رشته‌های دی‌ان‌ای بر روی نانوکریستال باعث به دام اندازی موانع سقوط یعنی بسته‌های اوریگامی می‌شود.

پژوهشگران در ادامه توانستند با اضافه کردن قطعات کوچک دی‌ان‌ای تنظیم شده، این اتصالات را باز کنند. در عین حال از مجموعه‌ای دیگر از قطعات کوچک دی‌ان‌ای برای اتصال ذرات کروی‌ به مسیر در منطقه‌ای دیگر استفاده شد. این پدیده باعث می‌شود که کریستال‌های طلا بین مسیرهای اوریگامی چرخش داشته باشند و در واقع حرکتی چرخ دنده‌ای برای لغزش دو مسیر خطی در جهت مخالف ایجاد شود. با طراحی هوشمندانه بلوک‌های ساختمانی می‌توان دو رشته را در جهت مخالف حرکت داده و از حرکت لغزشی به وسیله موتورهای پروتئینی تقلید کرد.

پژوهشگران قصد دارند در آینده از نتایج این پژوهش در طراحی نانوربات‌ها برای اهداف رهایش هدفمند دارو استفاده کنند. دیگر ناحیه بالقوه کاربردی، ایجاد سیستم‌های سلولی مصنوعی خواهد بود.

منبع : https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=49925.php

نظر شما
نظرسنجی

کتاب‌های‌ معرفی‌ شده در سایت را چگونه ارزیابی‌ می‌کنید؟