نانوماشین‌های مبتنی بر DNA

محققان نانوفناوری مدتی است مشغول توسعه ماشین‌های نانومقیاسی هستند که می‌توانند
کارهای پیچیده‌تری را انجام دهند. یکی از کاربردهای نانوماشین‌ها استفاده از آنها
بهعنوان سامانه‌های دارورسانی نانومقیاس است. این سامانه‌ها می‌توانند دارو را به
صورت هدفمند به بافت مورد نظر رسانده و وظایفی همچون رهایش کنترل‌شده، ژن‌درمانی و
درمان سرطان را به عهده بگیرند. یکی از چالش‌های طراحی این نانوماشین‌ها، بهینه‌سازی
عملکرد آنهاست. در اینجا روش‌های تک‌مولکولی نقش مهمی ایفا خواهند کرد. محققان با
استفاده از روش‌های تک‌مولکولی می‌توانند کار کردن نانوماشین‌ها را مشاهده کرده و
کارایی طراحی آنها را مشخص کنند.

حال محققان آلمانی از قابلیت آدرس‌دهی نوری در توسعه این نانوماشین‌ها بهره برده‌اند.
با این روش آنها می‌توانند به صورت اُپتیکی وضعیت این نانوابزارها را تشخیص داده و
در نهایت آن را کنترل کنند.

دان لمب، استاد دانشکده شیمی و بیوشیمی دانشگاه مونیخ می‌گوید: «کارهای زیادی برای
یافتن روش‌هایی برای خودآرایی نانوماشین‌ها انجام شده است. DNA که می‌تواند از طریق
تغییر توالی، برنامه‌نویسی شود، بنیان بسیار خوبی برای ایجاد ماشین‌های DNA محسوب
می‌شود. در کار قبلی نشان داده‌ایم که می‌توان از این مولکول به عنوان چارچوبی برای
ایجاد پیوند میان پروتئین‌ها و مولکول‌های سنتزی بهره برد. در این کار جدید امکان
آدرس‌دهی اُپتیکی را اضافه کرده و توانستیم میان فلوروفورهایی که روی DNA سوار کرده‌ایم،
FRET (انتقال انرژی ارتعاشی فلوئورسانس) را روشن و خاموش کنیم. بنابراین با استفاده
از یک راهکار پایین به بالا یک ساختار خودآرا طراحی نموده‌ایم که اطلاعاتی را در
محیط نانومقیاس ارائه می‌کند که از دنیای ماکرو به راحتی قابل دسترس و قابل کنترل
هستند».

لمب و گروهش از قابلیت فعالسازی نوری پروتئین فلورسانس Dronpa برای خاموش و روشن
کردن FRET میان Dronpa و یک فلوئوروفور سنتزی استفاده کردند.

FRET پدیده‌ای است که زمانی که دو مولکول در فاصله بسیار کم (حدود ۱۰ نانومتر) از
یکدیگر قرار بگیرند، اتفاق می‌افتد. در این حالت در اثر تهییج یک فلوئوروفور، انرژی
از مولکول با انرژی بیشتر به مولکول با انرژی کمتر انتقال می‌یابد.

این گروه تحقیقاتی دو عنصر کلیدی در نانوفناوری زیستی (کنترل ساختاری دقیق و
ارتباطات قوی) را در محیط سلول‌های زنده با یکدیگر ترکیب نمودند. آنها با استفاده
از ویژگی‌های کلیدزنی نوری این ساختار یا ابزارهای مشابه دیگر (نانوحسگرها)
توانستند ویژگی‌های محیط میان‌سلولی را مطالعه نمایند. از طریق استفاده از FRET با
روبشگرهای طراحی شده DNA، می‌توان برهمکنش میان پروتئین‌ها و DNA را به تصویر کشید.

جزئیات این تحقیق در مجله Small منتشر شده است.