تولید نانوحفره جدید برای آنالیز DNA

گروهی از محققان هلندی و انگلیسی یک نانوحفره جدید تولید کرده‌اند که می‌تواند به آنالیز ژنتیکی سریع و ارزان کمک کند.

محققان دانشگاه فناوری دلف و دانشگاه
آکسفورد یک نانوحفره جدید تولید کرده‌اند که می‌تواند به آنالیز ژنتیکی
سریع و ارزان کمک کند. این پژوهشگران یک نانوحفره ساخته دست بشر را با یک
نانوحفره زیستی ترکیب کرده و یک حفره کوچک روی یک تراشه ایجاد کرده‌اند که
می‌تواند مولکول‌های منفرد DNA را آنالیز کند.

پروفسور سیز دکر از موسسه نانوعلم Kavli در دانشگاه دلف می‌گوید: «تعیین
نقشه ژنوم انسان، یعنی خواندن محتوای DNA انسانی یا به عبارت دیگر همان
توالی‌سنجی، برای اولین بار در سال ۲۰۰۳ انجام شد و هزینه‌ای معادل ۳
میلیارد دلار آمریکا دربر داشت. تصور کنید اگر بتوانیم این هزینه را تا حد
چند صد یورو کاهش دهیم، چه اتفاقی می‌افتد. در این صورت هر کسی می‌تواند
نقشه ژنوم خود را تعیین نماید. این قابلیت به پزشکان اجازه می‌دهد بیماری‌ها
را قبل از آنکه نشانه‌هایشان بروز کنند، تشخیص داده و درمان کنند».
 

یکی از ابزارهای نویدبخش در این زمینه
نانوحفره‌ها هستند. نانوحفره‌ها منافذ کوچکی هستند که در حین عبور مولکول‌های
منفرد DNA از درون خود، می‌توانند اطلاعات آنها را بخوانند. تحقیق جدیدی که
توسط گروه دکر و با همکاری پروفسور هاگان بایلی از دانشگاه آکسفورد انجام
شده است، منجر به تولید یک ابزار نانوحفره‌ای جدید و بسیار قوی‌تر شده است.
در تولید این ابزار از ترکیبی از واحدهای ساختمانی طبیعی و مصنوعی استفاده
شده است.

دکر می‌گوید: «در حال حاضر از نانوحفره‌ها برای آنالیز DNA استفاده می‌شود.
این نانوحفره‌ها از طریق وارد کردن یک پروتئین حفره‌ساز طبیعی در یک غشای
لیپیدی مایع‌مانند ایجاد می‌شوند. در این نانوحفره‌ها می‌توان با اعمال
میدان الکتریکی در طول نانوحفره، مولکول‌های منفرد DNA را درون این حفرات
کشیده و اطلاعات آنها را در حین عبور از حفره خواند. این کار بسیار شبیه
خوانده شدن اطلاعات یک نوار کاست قدیمی در حین کشیده شدن آن از روی یک
دستگاه پخش است. یکی از مشکلات این سامانه طبیعی، غیرقابل اطمینان بودن
لایه لیپیدی شکننده است که به‌عنوان پایه‌ای برای حفره عمل می‌کند. این
راهکار ترکیبی جدید بسیار محکم‌تر بوده و برای وارد کردن نانوحفرات درون
ابزارهای مختلف مناسب است».

این تحقیق جدید که عمدتاً توسط دکتر آدام هال انجام شده است، روشی جدید
برای وارد کردن پروتئین‌های حفره‌ساز درون یک لایه محکم در یک تراشه
سیلیکونی ارائه می‌دهد. در این کار یک پروتئین منفرد (رنگ صورتی) به یک
مولکول DNA دورشته‌ای (رنگ آبی در سمت راست تصویر) متصل شده و سپس درون یک
منفذ پیش‌ساخته (حفرات سیاه‌رنگ روی صفحه سبز) در یک غشای نیترید سیلیکونی
کشیده می شود. با اعمال میدان الکتریکی، مولکول DNA به درون حفره کشیده شده
و پروتئین حفره‌ساز را که به انتهای آن وصل شده است، با خود می‌کشد. در
نهایت پروتئین حفره‌ساز در درون حفره پیش‌ساخته روی تراشه قرار گرفته و یک
حفره کوچک‌تر برای آنالیز تک‌رشته‌های DNA ایجاد می‌کند (مرکز تصویر). این
محققان نشان داده‌اند که ابزار هیبریدی تولید شده کاملا کاربردی بوده و می‌توان
از آن برای آنالیز DNA استفاده کرد.

جزئیات این کار در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.