استفاده از DNA چسبنده برای تولید ساختار‌های سازمان یافته

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان موسسه علوم و فناوری دانشگاه اوکیناوا (OIST) از رشته‌های میکروسکوپی DNA برای ایجاد آرایش در مجموعه بلوک‌های ژلی که با چشم غیرمسلح قابل رویت هستند، استفاده کرده‌اند.

محققان در مقاله‌ای که به تازگی منتشر کردند نشان دادند که بلوک‌های هیدروژل، که طول آن‌ها تا ۲ میلی‌متر می‌رسند و حاوی DNA روی سطح خود هستند، در حدود ۱۵ دقیقه بعد از این که در یک محلول وارد می‌شوند، خودآرایی می‌دهند.

دانشمندان با طراحی چهار جفت رشته منطبق، توانایی DNA را برای تشخیص تنها توالی‌های خاص آزمایش کردند. آن‌ها باز‌های منفرد را به سطح مکعب‌های هیدروژل قرمز وصل کردند. همین فرآیند برای مکعب‌های هیدروژل سبز، آبی و زرد انجام شد.

هنگامی‌که این مکعب‌ها با هم تکان داده می‌شوند، علی‌رغم وجود توالی‌های مختلف DNA، رشته‌ها فقط با رشته‌های مشابه خود پیوند می‌خورند و در نتیجه بلوک‌های هیدروژلی که قبلاً مخلوط شده بودند، خود به گروه‌های هم رنگ تقسیم می‌شوند.

یوکوبایاشی گفت: این نتایج نشان می‌دهد که فرآیند خودآرایی بسیار خاص و به راحتی قابل برنامه‌ریزی است. با تغییر ساده توالی DNA، ما می‌توانیم بلوک‌ها را برای تعامل با یکدیگر به روش‌های مختلف هدایت کنیم.»

ویانکات سونتاکه، نویسنده اول این مطالعه و محقق پسادکتری در واحد شیمی و مهندسی اسید نوکلئیک OIST گفت: «به عقیده ما، این بلوک‌های هیدروژل بزرگترین اجسامی هستند که تاکنون توسط DNA برای تشکیل ساختار‌های سازمان یافته برنامه‌ریزی شده‌اند.»

فرآیند خودآرایی، که در آن یک ساختار سازمان یافته به طور خود به خود در هنگام تعامل دو یا چند جزء منفرد شکل می‌گیرد، در طبیعت رایج است. در این فرآیند خودآرایی سلول‌ها و DNA می‌توانند خود به خود در ساختار‌های میکروسکوپی پیچیده به صورت شگفت‌انگیزی تجمع پیدا کنند. اما استفاده از فعل و انفعالاتی که در مقیاس مولکولی برای هدایت خودآرایی اجسام ماکروسکوپی (به معنی قابل مشاهده با چشم غیر مسلح) رخ می‌دهد، یک زمینه تحقیقاتی نسبتاً جدید است.

یوهی یوکوبایاشی، نویسنده ارشد، که سرپرست واحد مهندسی و شیمی اسید نوکلئیک است، گفت: «ما DNA را به این دلیل انتخاب کردیم که بسیار قابل برنامه‌ریزی است و این به خاطر توانایی عالی آن در تشخیص توالی‌ها است.»

یک مولکول دو رشته‌ای از DNA از دو رشته منفرد DNA تشکیل می‌شود که به دور یکدیگر می‌پیچند و شکل مارپیچ دوتایی را تشکیل می‌دهند. رشته‌ها با اتصال بین باز‌های مختلف (A با T و C با G) در کنار هم نگه داشته می‌شوند. این توانایی خاص جفت شدن باز‌ها به این معنی است که دانشمندان می‌توانند رشته‌هایی از DNA را طراحی کنند که دقیقاً با سایر رشته‌ها مطابقت داشته باشد و به یکدیگر پیوند بخورند.

در یکی از آزمایش‌ها، محققان مولکول‌های DNA تک رشته‌ای را به سطح بلوک‌های قرمز و سبز رنگ هیدروژل متصل کردند. رشته‌های DNA روی بلوک‌های قرمز با رشته‌های DNA روی بلوک‌های سبز مطابقت داشتند.

هنگامی که بلوک‌های هیدروژل در یک محلول تکان داده شدند، رشته‌های مشابه DNA با هم جفت شدند و مانند یک چسب عمل کردند که بلوک‌های قرمز و سبز را به هم چسباند. پس از ده دقیقه، بلوک‌های جدا شده به صورت خودآرایی در یک ساختار جدید قابل تفکیک هستند. نکته مهم این است که رشته‌های DNA با رشته‌های یکسان DNA روی بلوک‌های دیگر برهمکنش نمی‌کنند، بنابراین بلوک‌های هیدروژل همرنگ به هم نمی‌چسبند.