استفاده از DNA جهت ساخت کوچکترین آنتن جهان

محققان دانشگاه مونترال موفق به ساخت نانوآنتنی شده اند که توانایی مشاهده و نظارت بر حرکات پروتئین ها را برای دانشمندان محقق می سازد.

این دستگاه روش جدیدی جهت نظارت بر تغییرات ساختاری پروتئین‌ها در طول زمان است و به دانشمندان کمک کند تا فناوری‌های نانو طبیعی و طراحی شده توسط انسان را بهتر درک کنند.

این مقاله در Nature Methods منتشر شده و نویسنده آن دکتر الکسیس ولی استاد شیمی دانشگاه UdeM chemistry می باشد که در این باره افزود :

نتایج آنقدر هیجان‌انگیز است که ما در حال حاضر روی راه‌اندازی یک شرکت نوپا کار می‌کنیم تا این نانوآنتن را تجاری‌سازی کرده و در دسترس محققان و صنعت داروسازی قرار دهیم.

آنتنی که مانند رادیو دو طرفه کار می کند

بیش از 40 سال پیش، محققان اولین سنتز کننده DNA را برای ایجاد مولکول هایی که اطلاعات ژنتیکی را رمزگذاری می کنند، اختراع کردند.

که طبق تحقیقات انجام شده در سال‌های اخیر، شیمی‌دان‌ها دریافته‌اند که DNA می‌تواند برای ساخت انواع نانوساختارها و نانوماشین‌ها نیز استفاده شود.

دانشمندان با الهام گرفتن از ویژگی‌«لگو مانند» DNA، با بلوک‌های ساختمانی که معمولاً 20000 برابر کوچک‌تر از موی انسان هستند، یک نانوآنتن فلورسنت مبتنی بر DNA ایجاد کرده‌ اند که می‌تواند به توصیف عملکرد پروتئین‌ها کمک شایانی کند.

این نانوآنتن فلورسنت مانند یک رادیو دو طرفه که می‌تواند امواج رادیویی را هم دریافت و هم ارسال کند عمل میکند بطوریکه  نور را در یک رنگ یا طول موج دریافت کرده و بسته به حرکت پروتئینها نور دریافت شده را به رنگ دیگری ارسال می‌کند که قابلیت تشخیص حرکت را برای دانشمندان ایجاد میکند.

تعامل مولکولی یکی از نوآوری‌های اصلی این نانوآنتن‌ها می باشد که بخش گیرنده آنتن برای حس کردن سطح مولکولی پروتئین از این تکنولوژی استفاده میکند.

اسکات هارون، دانشجوی دکترای شیمی UdeM و یکی از محققین این تحقیقات بیان کرد که یکی از مزایای اصلی استفاده از DNA برای مهندسی این نانوآنتن‌ها این است که شیمی DNA نسبتاً ساده و قابل برنامه‌ریزی است.

وی افزود ، نانوآنتن‌های مبتنی بر DNA را می‌توان با طول‌ها و انعطاف‌پذیری‌های مختلفی جهت  بهینه‌سازی عملکردشان سنتز کرد.

و می‌توان به راحتی یک مولکول فلورسنت را به DNA متصل کرده و سپس این نانوآنتن فلورسنت را به یک نانوماشین بیولوژیکی ، مانند یک آنزیم متصل کرد.

با تنظیم دقیق طراحی نانوآنتن، ما پنج آنتن به طول نانومتر ایجاد کرده‌ایم که وقتی پروتئین عملکرد بیولوژیکی خود را انجام می‌دهد، سیگنال مشخصی تولید می‌کند.

دانشمندان براین باورند که نانوآنتن های فلورسنت راه های هیجان انگیز زیادی را در بیوشیمی و نانوتکنولوژی باز خواهند کرد.

محققین با استفاده از این دستگاه و برای اولین بار و به صورت Real Time توانستند عملکرد آنزیم آلکالین فسفاتاز را با انواع مولکول‌های بیولوژیکی و داروها شناسایی کنند.

 این آنزیم در بسیاری از بیماری ها از جمله سرطان های مختلف و التهاب روده نقش اساسی دارد.

دومینیک لاوزون، یکی از نویسندگان این مقاله، افزود:

این دستآورد بزرگ در درک چگونگی کارکرد نانوماشین‌های طبیعی به دانشمندان کمک بسیار زیادی میکند و همچنین راه را برای شیمیدانان جهت ساخت و شناسایی داروهای جدید و امیدوارکننده هموار میکند و همچنین نانومهندسان را برای توسعه نانوماشین‌های بهبودیافته راهنمایی می کند.

یکی از مزیت های اصلی این نانوآنتن‌ها، سهولت استفاده از آن‌ها است بطوریکه بسیاری از آزمایشگاه‌ها در سراسر جهان که مجهز به یک طیف‌سنج معمولی هستند می‌توانند به راحتی از این نانوآنتن‌ها برای مطالعه پروتئین مورد علاقه خود، مانند شناسایی داروهای جدید یا توسعه فناوری‌های نانویی جدید استفاده کنند.

این مقاله با عنوان نظارت بر تغییرات ساختاری پروتئین با استفاده از نانوآنتن های فلورسنت توسط الکسیس والی بیلیس و همکاران، در 30 دسامبر 2021 در Nature Methods منتشر شده و بودجه آن جهت اجرا و توسعه توسط شورای تحقیقات علوم طبیعی و مهندسی کانادا ارائه شد.