افزایش دقت مطالعات مولکولی با کشف جدیدی در مورد DNA

محققان گروه JILA که گروهی متشکل از دانشمندان مؤسسه ملی فناوری و
استاندارد(NIST) و دانشگاه ایالت کلرادو واقع در بولدر است، یک ایراد در
رایج‌ترین مدلی که خاصیت ارتجاعی DNA را شرح می‌دهد یافته‌اند که با کشف
این ایراد و اصلاح آن، علاوه بر این که دقت مطالعات مولکولی افزایش می‌یابد،
شاید بتوان راهی برای استفاده از DNA به‌عنوان یک استاندارد رسمی در اندازه
گیری نیروهایی در اندازه پیکو نیوتن، که کاری سخت است، پیدا کرد.

نتایج آزمایش‌های گروه JILA که در مقاله‌ای جدید با عنوان ” ارائه یک فرضیه
و انجام آزمایش بر روی آن در رابطه با نیروی ارتجاعی(الاستیسیته) مولکول‌های
DNA کوچک با اندازه ۷- ۰٫۶میکرومتر” چاپ گردیده‌است، نشان می‌دهد که به کار
بردن مدل رایج برای محاسبه الاستیسیته مولکول DNA دورشته‌ای، در هنگامی که
این مولکول‌ها ‌کوچک باشند، منجر به بروز اشتباهاتی می‌گردد؛ برای نمونه
نتایج محاسبات در رابطه با ۱۸ درصد از مولکول‌هایی با طول ۶۳۲ نانومتر و ۱۰
درصد از مولکول‌هایی با طول دو برابر آن، نادرست است.

ایراد در اینجا بود که فرضیه پیشین محاسبه نیروی ارتجاعی DNA ، طول این
پلیمر را نامحدود در نظر می‌گرفت، درحالی که در جریان دقیق‌ترین مطالعات
سلولی مشخص شده‌است که طول آن می‌تواند از ۶۰۰ نانومتر تا دو متر متغیر
باشد. به همین دلیل محققان چندین دانشگاه با همکاری یکدیگر، مدل زنجیره
مارپیچی با طول محدود را ارائه کرده‌اند که با وارد کردن سه عامل جدید در
محاسبه الاستیسیته DNA از جمله طول رشته مورد نظر، که پیش از این در نظر
گرفته نشده بود، دقت این محاسبه را افزایش می‌دهد.

کاری که دانشمندان گروه JILA به پشتوانه تخصص بالای خود در زمینه محاسبه
موقعیت قرارگیری اشیایی با ابعاد میکرومتر انجام دادند، این بود که یک
انتهای مولکول DNA را به یک صفحه متحرک متصل نمودند و در انتهای دیگر آن یک
مهره از جنس پلی استیرن قرار دادند که با یک لیزر مادون قرمز کنترل می‌شود.
هنگامی که طول مولکول DNA با حرکت صفحه مذکور افزایش می‌یابد، دانشمندان
میزان تغییر مکان مهره پلی استیرنی را با استفاده از ابزارهای معمول
الکتریکی و یک لیزر دیگر اندازه می گیرند و با محاسبه نیروی اعمال‌شده بر
مهره، بر اساس شدت نوری که از لیزر دریافت می‌گردد و نیز مقایسه آن با
موقعیت مهره در میدان دید که مانند یک فنر تغییر می‌کند، می‌توانند
الاستیسیته DNA را هم اندازه بگیرند.

این پژوهش دانشمندان گروه JILA بخشی از پروژه تحقیقاتی NIST در رابطه با
مطالعه درباره کاربرد احتمالی DNA ، به‌عنوان یک استاندارد در زمینه
پیکونیروهاست؛ زیرا آنزیم‌ها با دقتی در اندازه اتم، مولکول DNA را می‌سازند.
DNA پیش از این نیز جهت کالیبره کردن میکروسکوپ‌هایی که با نیروی اتمی کار
می‌کنند استفاده می‌شد.

پیدا کردن یک استاندارد رسمی در زمینه پیکونیروها موجب می‌شود تا محاسبات
در مقیاس پیکو، واحدهای بین‌المللی پذیرفته‌شده‌ای پیدا نمایند. الاستیسیته
DNA می‌تواند نیرویی استاندارد به میزان ۱۰-۰٫۱ پیکونیوتن نیرو ایجاد کند؛
در حالی که یک پیکونیوتن نیرو، وزن تقریبی صد سلول باکتری اکلای و شش
پیکونیوتن، اندازه نیروی حاصل از یک میلی وات نور منعکس‌شده از یک آینه است.