دانشمندان کوچک ترین آنتن جهان را ساختند که از DNA به وجود آمده است

توسط مهرانه راجعی · ۳ اسفند ۱۴۰۰ · ۳ اسفند ۱۴۰۰ · ۰

دانشمندان کوچک ترین آنتنی که تا کنون به وجود آمده‌است را از DNA ساختند. این آنتن تنها 5 نانومتر طول دارد. بر خلاف همتایان بسیار بزرگتر خود، این آنتن کوچک برای انتقال امواج رادیویی ساخته نشده‌‌است. این آنتن کوچک برای کشف اسرار پروتئین‌های همیشه در حال تغییر ایجاد شده‌است.

این نانو آنتن از DNA، مولکول‌هایی که دستورالعمل‌های ژنتیکی را حمل می کنند، ساخته شده‌است. DNA ها حدود 20000 برابر کوچکتر از موی انسان هستند. همچنین فلورسنت است، به این معنی که از سیگنال‌های نور برای ضبط و گزارش اطلاعات استفاده می‌کند.

از سیگنال‌های نوری می‌توان برای مطالعه حرکت و تغییر پروتئین‌ها در زمان واقعی استفاده کرد.

بخشی از نوآوری این آنتن خاص روشی است که در آن بخش گیرنده آنتن برای حس‌کردن سطح مولکولی پروتئین مورد‌مطالعه استفاده می‌شود. هنگامی که پروتئین عملکرد بیولوژیکی خود را انجام می‌دهد، سیگنال مشخصی را به همراه دارد.

الکسیس والی بلیزل، شیمیدانی از دانشگاه مونترال (UdeM) در کانادا می‌گوید:« این آنتن مانند یک رادیو دوجانبه است. این آنتن هم می‌تواند امواج رادیویی را دریافت و هم ارسال کند. نانوآنتن فلورسنت نور را در یک رنگ یا طول موج دریافت می‌کند. سپس بسته به حرکت پروتئینی که حس می‌کند، نور را به رنگ دیگری تبدیل می‌کند که برای ما قابل تشخیص است.»

کاربرد آنتن DNA چیست؟

به طور خاص، کار این آنتن اندازه‌گیری تغییرات ساختاری پروتئین‌ها در طول زمان است. پروتئین‌ها مولکول‌های بزرگ و پیچیده‌ای هستند. آنها انواع وظایف ضروری را در بدن انجام می‌دهند؛ از حمایت از سیستم ایمنی گرفته تا تنظیم عملکرد اندام.

با این حال، از آنجایی که پروتئین‌ها برای انجام وظایف خود عجله دارند، تغییرات دائمی در ساختار آنها ایجاد می‌شود. همچنین در فرآیند بسیار پیچیده‌ای که دانشمندان آن را دینامیک پروتئین می‌نامند، از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شوند. و ما عملاً ابزار خوبی برای ردیابی این پویایی پروتئین در عمل نداریم.

این تیم در مقاله خود توضیح می‌دهد:« مطالعه تجربی حالت‌های گذرا پروتئین همچنان یک چالش بزرگ است. به این دلیل که تکنیک‌های با وضوح ساختاری بالا، از جمله تشدید مغناطیسی هسته‌ای و کریستالوگرافی اشعه ایکس، اغلب نمی‌توانند مستقیماً برای مطالعه وضعیت‌های پروتئینی کوتاه‌مدت به کار روند.»

آخرین فناوری سنتز DNA که حدود 40 سال است که در حال توسعه است، قادر به تولید نانوساختارهای سفارشی با طول‌ها و انعطاف‌پذیری‌های مختلف است که برای انجام عملکردهای مورد نیاز آنها بهینه شده‌است.

یکی از مزیت‌هایی که این آنتن فوق‌العاده کوچک DNA نسبت به سایر تکنیک‌های آنالیز دارد، این است که می‌تواند حالت‌های پروتئینی بسیار کوتاه‌مدت را ثبت کند. به گفته محققان، این بدان معناست که این آنتن کوچک کاربردهای بالقوه زیادی دارد. این آنتن هم در بیوشیمی و هم به طور کلی در فناوری نانو کاربرد دارد.

اسکات هارون، شیمیدانی از UdeM می گوید:« به عنوان مثال، ما توانستیم در زمان واقعی و برای اولین بار، عملکرد آنزیم آلکالین فسفاتاز را با انواع مولکول‌های بیولوژیکی و داروها شناسایی کنیم. این آنزیم در بسیاری از بیماری ها از جمله سرطان های مختلف و التهاب روده نقش دارد.»

در حالیکه این تیم در حال بررسی «جامعیت» طراحی خود بودند، آنتن خود را با موفقیت با سه پروتئین مدل مختلف -استرپتاویدین، آلکالین فسفاتاز و پروتئین G- آزمایش کردند. اما به طور بالقوه موفقیت‌های بیشتری برای این آنتن در راه است. یکی از مزایای آنتن جدید تطبیق پذیری آن است.

این تیم در مقاله خود اضافه می‌کند که نانوآنتن‌ها را می‌توان برای نظارت بر مکانیسم های بیومولکولی متمایز در زمان واقعی، از جمله تغییرات ساختاری کوچک و بزرگ مورد استفاده قرار داد. همچنین می‌توان از آن در هر رویدادی که ممکن است بر انتشار فلورسانس رنگ تاثیر بگذارد، استفاده کرد.

DNA به عنوان یک بلوک ساختمانی که می‌توانیم آن را سنتز و دستکاری کنیم تا در این مطالعه نانوساختارهایی مانند آنتن ایجاد کنیم، روز به روز محبوب‌تر می‌شود. برنامه‌ریزی شیمی DNA نسبتاً ساده است و پس از برنامه‌ریزی نیز استفاده از آن بسیار آسان است.

محققان اکنون به دنبال ایجاد یک استارت‌آپ تجاری هستند. استارت‌‌آپی که در آن فناوری نانوآنتن بتواند عملاً توسط دیگران مورد استفاده قرار گیرد. مثلاً سازمان‌های دارویی و تیم‌های تحقیقاتی بتوانند از آن استفاده کنند.

والی می‌گوید: «شاید آنچه ما بیش از همه از آن هیجان‌زده شده‌ایم درک این موضوع است که بسیاری از آزمایشگاه‌ها در سراسر جهان، مجهز به یک طیف‌سنج معمولی، می‌توانند به آسانی از این آنتن های کوچک برای مطالعه پروتئین مورد علاقه خود، مانند شناسایی داروهای جدید یا توسعه فناوری‌های نانو استفاده کنند.»