شناسایی DNA با استفاده از موتور‌های مولکولی

دانشمندان در امریکا موفق به ساخت سامانه‌ای برای شناسایی DNA
شده‌اند که از یک موتور طبیعی مولکولی بهره می‌برد. وین فراش و
همکارانش در دانشگاه ایالتی آریزونا از آنزیم F1-ATPase به
عنوان موتور یک ابزار جدید شناسایی DNA بهره برده‌اند.

ATPaseها برای تولید انرژی، تجزیه آدنوزین تری‌فسفات را
کاتالیز می‌کنند. F1-ATPase می‌تواند از این انرژی برای چرخیدن
استفاده نماید و لذا می‌توان آن‌را یک موتور چرخشی در نظر گرفت.
ابزار مورد طراحی این محققان همان F1-ATPase متصل به یک سطح
است که با نانومیله‌های طلا جفت شده است.
برای انجام شناسایی، دو رشته DNA برچسب‌دارِ مکملِ DNA هدف، به
نمونه اضافه می‌شوند. در صورتی که DNA هدف موجود باشد این دو
رشته به آن متصل می‌شوند و ایجاد یک پل محکم که در دو سر خود
برچسب‌دار است را می‌نمایند (شکل را ببینید). مولکول‌های برچسب
همان بیوتین (با علامت B در شکل) می‌باشند. بیوتین یک ویتأمین
است که به‌طور محکم به آویدین متصل می‌شود.
وقتی قطره‌ای از یک محلول حاوی DNA به روی سطحی که با
F1-ATPase جفت‌شده با آویدین، پوشش داده شده است؛ ریخته می‌شود،
DNA از یک طرف با استفاده از بیوتین به آویدینِ متصل به
F1-ATPase و از طرف دیگر به نانومیله پوشش داده شده با آویدین
متصل می‌شود. سپس با اضافه نمودن ATP به محیط، F1-ATPase شروع
به چرخیدن می‌کند؛ لذا نانومیله طلایی متصل به آن نیز همراه آن
می‌چرخد. این چرخش با یک میکروسکوپ براحتی قابل شناسایی می‌باشد.

حداقل مقدار شناسایی شده توسط این سیستم ۶۰۰ مولکول DNA در یک
محلول با غلظت فمتومولار می‌باشد. روش‌های معمول شناسایی DNA
با استفاده از فلورسانس حداقل غلظتی برابر پیکومولار لازم
دارند. در صورتی که غلظت DNA هدف کم باشد یا بایستی تعداد
مولکول‌های بیشتری از رنگ فلورسانت را بازای هر مولکول DNA
مصرف نمود و یا برای ایجاد سیگنال فلورسانتِ قابل‌شناسایی باید
DNA را با استفاده از تکنیکی مثل PCR (واکنش زنجیره‌ای پلیمراز)
تقویت نمود.
در تکنیک استفاده از نانومیله‌های طلا دیگر مشکلات خاص PCR پیش
نمی‌آیند و ضمناً خیلی سریع‌تر شناسایی انجام می‌گیرد. عقیده
این محققان آن است که این سیستم به راحتی قابل تبدیل به یک
ابزار با کاربری آسان می‌باشد اما مهمترین نکته در این زمینه
آن است که این ابزار اولین نانوابزاری است که از یک موتور
حقیقی استفاده می‌نماید.
نتایج این تحقیق در مجله Lab Chip منتشر شده است.