سيؤدي تركيز ضوء الليزر على ثقوب نانوية صغيرة إلى تحسين دقة تسلسل الحمض النووي بشكل كبير
نجح باحثو التخنيون في تطوير طريقة رائدة تعتمد على الثقوب النانوية (ثقوب قياسها 5-2 نانومتر) في الحالة الصلبة في رقائق السيليكون، بغرض تطوير تقنية حديثة لتسلسل جزيئات الحمض النووي أثناء مرورها عبرها . وهذا ما تنشره المجلة العلمية المرموقة Nature Nanotechnology.
يقول البروفيسور أميت ميلر من كلية الهندسة الطبية الحيوية: "إن تسلسل الحمض النووي غير المكلف والسريع للغاية سيحدث ثورة في الخدمات الصحية والأبحاث الطبية الحيوية، ويعزز الإنجازات في تطوير الأدوية والطب الوقائي والطب الشخصي". "من خلال الوصول إلى التسلسل الكامل لـ
وسيسمح الجينوم الخاص بالشخص للطبيب بتحديد احتمالية إصابته بمرض وراثي معين أو استجابته بشكل إيجابي لأدوية معينة.
ولهذا الغرض، استثمر البروفيسور ميلر جزءًا كبيرًا من وقته في العقد الماضي في تطوير الطريقة الرائدة. الآن اكتشف البروفيسور ميلر، بالتعاون مع فريق من الباحثين من التخنيون وجامعة بوسطن، طريقة بسيطة لتحسين حساسية ودقة وسرعة هذه الطريقة، مما يجعلها خيارًا قابلاً للتطبيق وأكثر فائدة في تسلسل الحمض النووي أو في توصيف البروتينات الصغيرة مثل اليوبيكويتين في حالتها الطبيعية المطوية.
في النسخة الإلكترونية من Nature Nanotechnology، أظهر الفريق أن تركيز الليزر الأخضر (مصدر ضوء منخفض الطاقة متاح تجاريًا) على ثقب نانوي يزيد التيار بالقرب من جدران الثقب، المغمور في محلول إلكتروليت (ماء مالح). ). وعندما يزيد التيار، فإنه يجرف الإلكتروليت معه في الاتجاه المعاكس للاتجاه الذي تدخل فيه عينات الحمض النووي. يصبح الماء المتدفق حاجزًا يبطئ مرور الحمض النووي في الحفرة (انظر الشكل). ونتيجة لذلك، تعمل أجهزة الاستشعار النانوية على تحسين دقة قراءة الحمض النووي أثناء عبوره الثقب وتحديد البروتينات الصغيرة التي لا يمكن اكتشافها بالوسائل التقليدية.
يقول البروفيسور ميلر: "إن الظاهرة التي وصفناها في المقالة - الشحنة السطحية الناتجة عن الضوء - تجعل من الممكن تشغيل وإيقاف "المكابح" على الفور والتي تعمل على البوليمرات الحيوية الفردية، مثل الحمض النووي أو البروتينات التي تمر عبر الثقوب النانوية. يؤدي هذا إلى تحسين دقة الثقوب النانوية الصلبة بشكل كبير، وهي الثقوب التي يمكن دمجها بسهولة في تقنيات تسلسل الحمض النووي المستقبلية القائمة على الثقوب النانوية وتقنيات الكشف عن البروتين. إن إبطاء الحمض النووي أمر ضروري لتسلسل الحمض النووي والحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام الثقوب النانوية، لذلك قد توفر لنا أجهزة الاستشعار النانوية معلومات دقيقة حول ما يمر عبرها.
"الهدف هو الاحتفاظ بالأزواج الأساسية (من النيوكليوتيدات) في مساحة الاستشعار الخاصة بالثقوب النانوية بحيث تقوم بتوصيل المعلومات المذكورة (أي تحديد ما إذا كانت A أو C أو G أو T)" كما يقول أحد الباحثين. مؤلفة المقال أليسون سكوايرز - طالبة في جامعة بوسطن، والتي عملت أيضًا في التخنيون وأنتجت ثقوبًا نانوية في هذا البحث. "للنجاح في المهمة، يجب أن تكون الإشارة مختلفة بما فيه الكفاية لكل قاعدة. إذا مرت العينة عبر منطقة الاستشعار بسرعة كبيرة، فمن الصعب على أجهزة الاستشعار تفسير الإشارة وتحديد البروتين بشكل صحيح."
وقد حدد البروفيسور ميلر وفريقه معدل زيادة التيار في وجود إضاءة ليزر متغيرة وفتحات بأحجام مختلفة. هدفهم التالي هو التحقيق بمزيد من التفصيل في الآلية الكامنة وراء الزيادة في التدفق السطحي عندما يتم توجيه الليزر الأخضر إلى ثقب النانو. ومن المتوقع أن يؤدي هذا البحث إلى مزيد من التحسن في الحساسية والدقة في تسلسل الحمض النووي.
