بلورات الحمض النووي ثلاثي الأبعاد

قام الكيميائيون من جامعة نيويورك بإعداد هياكل الحمض النووي. ثلاثي الأبعاد يعد طفرة وهو بمثابة جسر بين العالم الجزيئي والعالم الذي نعيش فيه كل يوم وبين التكنولوجيا الحيوية وتكنولوجيا النانو

قام الكيميائيون من جامعة نيويورك بإعداد هياكل الحمض النووي. ثلاثي الأبعاد وهو إنجاز يشكل جسراً بين العالم الجزيئي والعالم الذي نعيش فيه كل يوم. يحتوي البحث، الذي نُشر في العدد الأخير من مجلة Nature المرموقة، على مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية والطبية المحتملة، مثل تحضير المكونات الإلكترونية النانوية وفهم الهياكل ثلاثية الأبعاد لمستقبلات الدواء في الجسم.

في حين أن العلماء، بما في ذلك أولئك الذين أجروا الأبحاث المذكورة أعلاه، قد قاموا بالفعل بتصميم وإعداد هياكل بلورية في الماضي، إلا أن هذه الهياكل كانت ثنائية الأبعاد فقط (منتشرة على مستوى واحد) ولم تشكل التمثيل الأكثر صدقًا للبلورات "الحقيقية" .

ومن أجل التغلب على هذا القيد، حاول فريق البحث بقيادة أستاذ الكيمياء نادريان سيمان، تصميم وتحضير بلورات الحمض النووي. ثلاثي الأبعاد - عملية تتطلب تحكمًا مكانيًا متعددًا في البنية ثلاثية الأبعاد للمادة.

ولتحقيق هذا الهدف، قام الباحثون بإعداد بلورات الحمض النووي. من خلال استخدام تسلسلاتها الاصطناعية القادرة على التنظيم الذاتي في سلسلة من الهياكل الثلاثية الأبعاد. اعتمد تحضير البلورات على إضافة "أطراف لزجة" - تسلسلات "لزجة" صغيرة في كل طرف من أطراف الهيكل - والتي تم ربطها بخرزات أخرى أثناء وضعها في مصفوفة منظمة وموجهة. يسمح تكوين وطبيعة هذه الحواف اللاصقة للوحدات الهيكلية بالانضمام إلى بعضها البعض بطريقة محكمة ومخطط لها مسبقًا.

وسبق أن قام الباحث الرئيسي وزملاؤه بإعداد بلورات باستخدام هذه العملية؛ ومع ذلك، بما أن هذه البلورات مرتبة بشكل مستقل على نفس المستوى، فقد كانت في الأساس ثنائية الأبعاد في شكلها النهائي. في الدراسة الجديدة، قام العلماء بتوسيع اللوحة بناءً على تجاربهم السابقة مع الاستفادة من البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي. من أجل تكوين بلورات ثلاثية الأبعاد. البلورات ثنائية الأبعاد صغيرة للغاية - حوالي جزء من الألف من المليمتر - في حين أن البلورات ثلاثية الأبعاد أكبر بكثير وتصل إلى ملليمتر واحد، بل ويمكن رؤيتها بالعين المجردة.

لفائف الحمض النووي تتشكل الثنائيات (المزدوجة) عندما تتشكل خيوط مفردة من الحمض النووي - يحتوي كل منها على أربعة مكونات جزيئية تسمى القواعد، مرتبطة بهيكل عظمي مشترك - ويتم تنظيمها بشكل مستقل عن طريق اتصال مميز وفريد ​​بين القواعد. أضاف الباحثون إلى هذه الحلزونات المزدوجة نهايات لزجة، أي نشطة كيميائيا، للحصول على نوع من الحواف المفردة النشطة عند كل من طرفي الحلزونات المزدوجة. عندما تطابقت هذه الأطراف اللزجة مع بعضها البعض، انضمت معًا وبالتالي ربطت وحدتين من الحلزون المزدوج. وهذه في الواقع طريقة شائعة يستخدمها مهندسو الوراثة الذين يطبقونها على نطاق أوسع. من خلال ربط عدة حلزونات مزدوجة معًا من خلال نهاياتها اللزجة، تمكن الباحثون من إنشاء بنية تشبه الشبكة تواجه ستة اتجاهات مختلفة مع الحصول على مجموعة بلورية ثلاثية الأبعاد.

يوضح الباحث الرئيسي: "بمساعدة هذه الطريقة، نحن قادرون على تنظيم المزيد من المواد وتوجيهها بعدد أكبر من الطرق مقارنةً بالبلورات ثنائية الأبعاد".

ويكمن مخطط واعد لتنفيذ هذا النهج في الإلكترونيات النانوية، باستخدام مكونات لا يزيد حجمها عن جسيم واحد. اليوم، يتم بناء هذه المنتجات من مكونات ثنائية الأبعاد. ونظرًا للمرونة المتزايدة التي يمكن أن توفرها هذه المكونات ثلاثية الأبعاد، سيكون المصنعون قادرين على بناء أجزاء أصغر حجمًا وأكثر إحكاما، بالإضافة إلى تصميم أكثر تطورًا.

ويتوقع الباحثون أيضًا أنهم سيكونون قادرين على تصميم جزيئات بيولوجية كبيرة عن طريق ربطها بهذه البلورات. يمكن أن تساعد هذه النتيجة كثيرًا في تطوير الأدوية، لأنه سيكون من الممكن مراقبة الجزيئات الكبيرة المرتبطة بهذه البلورات بطريقة قياس تُعرف باسم علم البلورات بالأشعة السينية. ومن خلال إضافة الأدوية إلى المصفوفات البلورية، سيكون من الممكن ملاحظة وقياس وفهم العلاقات المتبادلة بين هذه المكونات البيولوجية، مثل النشاط بين الجسم المضاد والمستضد.

يشير باحث الفيزياء الحيوية بوب سويت، الذي أجرى قياسات علم البلورات بالأشعة السينية على البلورات، إلى أن: "هذه واحدة من أفضل الهياكل التي رأيتها منذ سنوات. إنه يربط حقًا بين التكنولوجيا الحيوية وتكنولوجيا النانو."

الخبر من الجامعة