|
مولکول پیچ‌خورده‌ی نردبانی‌شکل DNA، شامل اطلاعات جامعی از سلامت انسان است. تلاش
زیادی در کشف رمز کد ژنتیکی انجام شده‌که پروژه‌هایی از قبیل «پروژه‌ی ژنوم انسان»
از مهم‌ترین آنهاست. به‌رغم وجود این فرایند، بازخوانی برخی از سه بیلیون نوکلئوتید
برای شناسایی ژنوم مستقل، همچنان روشی پیچیده و پرهزینه است.
لیندسی، بیوفیزیکدان دانشگاه ایالت آریزونا، روشی را برای بازخوانی ژنوم‌ها معرفی
نموده که در آن سرعت عمل، بسیار بالا و کم‌هزینه است. عملکرد این روش از طریق
شناسایی واحدهای شیمیایی پایه، نوکلئوتیدهایی که زنجیره‌های به هم تابیده DNA را می
سازند، است. روش بازخوانی توالی DNA، پیشرفت شگرفی در علم پزشکی به‌شمار می‌رود؛ به‌طوری
که نمایش ژنی مربوط به تشخیص‌های پزشکی، طراحی داروهای نسل جدید و افزایش مقاومت
بافت سلولی در برابر عفونت‌های ویروسی از جمله فواید آن است.
این روش برای بازخوانی DNA بر اساس خواص پایه‌ای مواد استوار است که به نام «اثر
تونلی کوانتوم» معروف است. این اثر در مقیاسهای بسیار کوچک‌تر، کوچک‌تر از اتم،
مطرح می‌شود. طبق فرضیه‌ی کوانتوم، ذرات بنیادی مانند الکترون‌ها رفتار بسیار
پیچیده‌ای را از خود نشان می‌دهند که مغایر با قوانین کلاسیک فیزیک است. این قبیل
ذرات با ماهیت کوانتومی، تواماً رفتار ذره‌ای ای و موجی از خود نشان می‌دهند؛ از
جمله رفتارهای عجیب این ذرات این است که مثلاً یک الکترون می‌تواند از یک سمت مانع
عبور کرده و به سمت دیگر آن برسد، صرف نظر از اینکه ارتفاع یا عرض آن مانع چقدر
باشد. این اثر، عبور از مانع، به نام «اثر تونلی کوانتوم» نامیده می‌شود و حرکت
الکترون‌ها از میان مانع را «جریان تونلی» می‌نامند. اثر تونل به فاصله‌ی کوچک
محدود می‌شود؛ آنقدر کوچک که تنها قادر به بازخوانی یک عامل DNA باشد (۴ عامل DNA
در کد ژنتیکی وجود دارد که عبارتند از: A, T, C, G ) حساسیت به فاصله، به این معنی
است که ارتعاشات DNA یا مداخله کردن مولکول‌های آب، سیگنال‌های اثر تونلی را از بین
می‌برد. گروه تحقیقاتی لیندسی روش جدیدی را با نام «تشخیص اثر تونلی» معرفی نموده‌اند
که در این روش مولکول‌ها از هر یک از عامل‌های DNA تشخیص داده می‌شوند.
مقاله‌ای که در مجله‌ی Nature Nanotechnlogy به چاپ رسیده‌است، نشان می‌دهد که
علایم عامل‌های DNA در داخل آن، به‌وسیله‌ی اثر تونلی می‌تواند بازخوانی شود، بدون
اینکه تداخلی از طرف عوامل مجاور ایجاد شود. هر یک از عامل‌ها به تنهایی یک سیگنال
الکترونیکی مشخص را تولید می‌کنند که می‌تواند عامل شناسایی آنها نیز به حساب آید.
کد اپی ژنتیک(“Epigenetic”) روشی است که قادر به شناسایی تغییرات شیمیایی جزئی، که
بعضی مواقع شکل ژن‌ها را تنظیم می‌نماید، می‌باشد. یک کد ژنتیکی اختصاصی در همه‌ی
سلول یکسان است؛ در حالی که کد اپی ژنتیک مشابه با ژنوم نیست، بلکه سلول و بافت
ویژه‌ای بوده که پاسخگوی تغییرات محیط زیستی در طول زندگی است.
گروه تحقیقاتی لیندسی برای بازخوانی زنجیرهای بلند DNA، روشی ابداع نموده‌اند که
بازخوانی تونلی با یک نانوحفره به‌وسیله‌ی یک میدان الکتریکی ادغام شده‌است. در
مجله‌ی Nature Nanotechnlogy به یک مشکل در این روش اشاره شده‌است. Lindsay بر این
عقیده است که عبور DNA از نانوحفره با سرعت بسیار زیادی انجام می‌شود؛ به‌طوری که
فرصتی برای بازخوانی توالی DNA وجود ندارد.
لیندسی و روبرت روس، یک گروهتحقیقاتی تشکیل دادند تا میزان دشواری از هم گسیختن
مجموعه‌ی DNA و تشخیص مولکول‌ها را تعیین نمایند. آنها از میکروسکوپ اتمی برای این
آزمایش استفاده نمودند. روس افزود که طول عمر مجموعه‌ی DNA زیاد بوده و زمان
بازخوانی توالی نیز می‌تواند با به‌کارگیری نیروی کشش، به‌سرعت افزایش یابد.
اگر بازخوانی توالی از طریق تشخیص تونلی برای بازخوانی ژنوم نیز موفقیت‌آمیز باشد،
صرفه‌جویی زیادی در هزینه‌ها خواهد شد. روش موجود بازخوانی توالی DNA، بر اساس برش
یک مولکول به هزاران جزء و بازخوانی این اجزاست، سپس اجزای جداشده دوباره باید با
دقت زیادی در کنار هم قرار داده شوند؛ البته برای این کار حساس و دقیق از محاسبات
کامپیوتری کمک گرفته می‌شود. بازخوانی مستقیم کد اپی ژنتیک در تفسیر اینکه چرا
سلول‌ها به‌رغم داشتن یک ژنوم، در بافت‌های مختلف، متفاوت می‌باشند، نقش بسزایی
دارد.
لیندسی افزود:«همینک امکان بازخوانی تنها ۲ یا ۳ عامل DNA از طریق روش تونلی وجود
دارد و برخی از عوامل با دقت بیشتری نسبت به عوامل دیگر شناسایی شده‌اند.»
|
