محققان "بادبان" DNA میکروسکوپی می سازند تا مولکول ها را از هم جدا کنند

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

در سراسر هر سلول بدن، مولکول ها به طور مداوم تحت فشار مکانیکی در حال کشیدن، گرفتن و رها شدن هستند. این نیرو اغلب تصمیم می‌گیرد که آیا یک دارو به هدف خود می‌چسبد، آیا سلول شکل خود را حفظ می‌کند یا یک بیماری وجود دارد.

دکتر آیزاک لی، محقق UBC Okanagan می گوید، مشکل این است که تقریبا هیچ کس آن کشش مولکولی را اندازه گیری نمی کند.

در مطالعه‌ای که در مجله Science Advances منتشر شده است، تیمی از شیمیدانان روش جدیدی را برای از بین بردن این شکاف توصیف می‌کنند.

لی، محقق شیمی و نویسنده ارشد این مطالعه، می‌گوید: «نیرو یک متغیر مهم در بسیاری از فعل و انفعالات بیولوژیکی است، اما به طور معمول در سنجش‌های اتصال استاندارد اندازه‌گیری نمی‌شود. ما می‌خواستیم روشی ایجاد کنیم که اندازه‌گیری نیرو را موازی و قابل دسترس کند.»

این روش که طیف‌سنجی نیروی افسار نامیده می‌شود، نیروهای دقیقا کنترل‌شده را همزمان به صدها مولکول منفرد اعمال می‌کند و نحوه واکنش هر یک را بررسی می‌کند. این ترکیبی از مقیاس، دقت و مقرون به صرفه است که ابزارهای موجود برای ارائه آن با هم تلاش کرده اند.

محققان آن را در برابر ابزار استاندارد طلایی این میدان اعتبارسنجی کردند، سپس از آن برای اندازه‌گیری مولکول‌هایی استفاده کردند که در حال کشیده شدن، باز کردن زیپ و جدا شدن آنها در نیروهایی که دامنه کامل مربوط به زیست‌شناسی را شامل می‌شوند، استفاده کردند. آنها حق ثبت اختراع این رویکرد را به ثبت رسانده اند و در حال بررسی چگونگی تبدیل آن به یک محصول تجاری هستند.

تست‌های آزمایشگاهی استاندارد می‌توانند به شما بگویند که آیا دو مولکول در یک لوله آزمایش به هم متصل می‌شوند، اما این آزمایش‌ها نیروهایی را که مولکول‌ها در بدن ما تجربه می‌کنند، محاسبه نمی‌کنند.

برای درک بهتر رفتار این مولکول‌ها در محیط‌های دینامیکی سلول‌های ما، دانشمندان از تجهیزاتی برای جدا کردن مولکول‌ها با نیروهای دقیق کنترل‌شده و اندازه‌گیری واکنش آنها استفاده می‌کنند.

اگرچه این رویکرد قدرتمند است، اما با چالش هایی همراه است که استفاده از آن را به تعداد بسیار کمی از آزمایشگاه های بسیار تخصصی محدود می کند. بسیاری از این چالش‌ها ناشی از نیاز به اتصال مولکول‌ها به اجسام میکروسکوپی مانند مهره‌ها برای گرفتن و کشیدن آنهاست.

این دانه‌ها تنوع، نتایج را منحرف می‌کنند و آزمایش‌ها را پیچیده می‌کنند، در حالی که اغلب اندازه‌گیری‌ها را محدود می‌کنند و برای کنترل به تجهیزات گران قیمت نیاز دارند.

طیف‌سنجی نیروی تتر راه‌حلی است که آن دانه‌ها را با رشته‌ای طولانی از DNA متصل به یک مولکول هدف جایگزین می‌کند، سپس جریانی از سیال را از کنار آن عبور می‌دهد.

DNA جریان را مانند بادبان می گیرد، و هر چه جریان قوی تر باشد، بادبان سخت تر روی مولکول لنگر در زیر می کشد.

با علامت گذاری بادبان و هدف به طوری که آنها بدرخشند، محققان می توانند در زمان واقعی نحوه کشش، جابجایی یا جدا شدن یک مولکول در پاسخ به نیروهای دقیقا کنترل شده را تماشا کنند.

اولین مورد مقیاس است. ابزارهای استاندارد طلایی برای این نوع اندازه گیری - ابزارهایی مانند موچین های نوری - دقیق هستند اما یک مولکول را در یک زمان بررسی می کنند که باعث کندی آنها می شود. بادبان های DNA این تیم در یک جمعیت کار می کنند: صدها مولکول در یک تصویر میکروسکوپی واحد که همه به طور همزمان کشیده می شوند و تماشا می شوند.

دوم دسترسی است. اکثر ابزارهای اندازه گیری نیرو تخصصی، گران قیمت و پیچیده هستند. طیف‌سنجی نیروی تتر روی میکروسکوپ‌های فلورسانس و پمپ‌های ساده‌ای که آزمایشگاه‌های معمولی از قبل دارند اجرا می‌شود.

رایان ریوپل، یکی از نویسندگان و دانشجوی کارشناسی ارشد UBCO می‌گوید: «نکته مهم این نیست که DNA می‌تواند یک مولکول را بکشد. "این است که هر بادبان DNA دارای اندازه مشخصی است و نیرویی را از طریق یک اتصال واحد اعمال می کند، که این چیزی است که خوانش ها را بدون سخت افزار عجیب و غریب قابل اعتماد می کند."

این تیم یک پتنت را از طریق Innovation UBC به ثبت رسانده است و دکتر آدام یاسوناگا، یکی از نویسندگان، در حال توسعه پرونده تجاری از طریق برنامه Mitacs Lab2Market است.

محققان خاطرنشان می‌کنند که نسخه‌ای از این ابزار که در کانادا ساخته شده است، می‌تواند به این کشور جایگاهی برای ابزار دقیق علوم زیستی بدهد و ایده آزمایشگاه دانشگاه را به تجهیزاتی تبدیل کند که آزمایشگاه‌های دیگر و در نهایت شرکت‌ها می‌توانند خریداری کنند.

در حال حاضر، این وعده گسترده تر از هر برنامه واحدی است. در کشف دارو، توانایی دیدن اینکه چگونه یک مولکول کاندید تحت فشار فیزیکی نگه می‌دارد - نه فقط اینکه آیا در یک لوله آزمایش آرام متصل می‌شود یا خیر - می‌تواند به محققان کمک کند تا زودتر برنده‌ها و بازندگان را تشخیص دهند.

یاسوناگا، محقق فوق دکتری UBCO می‌گوید: «هدف بزرگ‌تر دسترسی محققان و شرکت‌ها به داده‌های تعامل مولکولی حل‌شده با نیرو است. در حال حاضر به‌دست آوردن این‌ها در مقیاس دشوار است».

Adam B. Yasunaga و همکاران، طیف‌سنجی نیروی بدون مهره موازی عظیم با فلورسانس، Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed1901

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →