کنترل حرکت DNA درون نانوحفره توسط آنزیم

محققان دانشگاه کالیفرنیا سانتاکروز (UCSC) روش جدیدی برای کنترل حرکت یک تک‌رشته
DNA درون یک نانوحفره پروتئینی توسط آنزیم ابداع کرده‌اند. جزئیات این تحقیق در
مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.

در این مقاله مشاهده جابه‌جایی یک تک‌رشته DNA یا ssDNA درون یک نانوحفره پروتئینی
به نام hemolysin (AHL) توصیف شده است. حرکت تک‌رشته DNA توسط رونوشت تسهیل‌شده
مولکول‌های منفرد DNA توسط پلیمراز کنترل می‌شود. آغاز این حرکت را می‌توان به‌صورت
الکترونیکی کنترل کرد. نشان داده شده است زمانی که تک‌رشته DNA در دهانه نانوحفره
قرار ندارد، پلیمراز نمی‌تواند فعالیت کند. به‌محض ورود DNA به‌درون حفره، توالی
نوکلئوتیدهایی که از فعالیت پلیمراز ممانعت می‌کنند، حذف شده و این آنزیم فعالیت
خود را روی بخش به‌دام افتاده DNA آغاز می‌کند.

محققان UCSC با شرکت Oxford Nanopore Technologies Ltd. در توسعه نسل جدیدی از
فناوری‌های توالی‌سنجی الکترونیکی تک‌مولکول‌های DNA همکاری می‌کنند. در روش «توالی‌سنجی
رشته‌ای»، جریان الکتریکی در یک نانوحفره در حین عبور مولکول DNA از آن اندازه‌گیری
می‌شود. از تغییرات ایجاد شده در این جریان می‌توان برای تشخیص بازهای DNA و در
حقیقت توالی‌سنجی آن بهره برد. یکی از مشکلات اصلی توالی‌سنجی رشته‌ای، کنترل دقیق
جابه‌جایی رشته DNA در طول نانوحفره با سرعت ثابت و به حد کافی پایین، برای تعیین
دقیق توالی بازهای DNA است. در این تحقیق روشی برای حل این مشکل ارائه شده و برای
اولین بار نشان داده شده است که می‌توان حرکت رشته DNA را با استفاده از بازخورد
الکترونیکی کنترل کرد. این محققان همچنین ثابت کرده‌اند که زمانی که یک آنزیم در
بالای نانوحفره قرار بگیرد، می‌تواند DNA را در جهت خلاف میدان الکتریکی اعمال شده،
حرکت دهد.

پروفسور مارک آکِسون از دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: «این روش یک گام بزرگ در مسیر
توالی‌سنجی مولکول‌های منفرد DNA به‌شمار می‌رود. ما سال‌هاست تلاش می‌کنیم حرکت
DNA درون یک نانوحفره پروتئینی را به‌صورت الکترونیکی کنترل کنیم. حال این روش جدید
مبنایی برای کار بیشتر در این زمینه را فراهم کرده است. همکاری ما با Oxford
Nanopore بسیار هیجان‌انگیز است؛ فناوری حسگری نانوحفره‌ای موازی آنها واقعاً جالب
است».

علاوه بر کنترل دقیق حرکت DNA درون یک نانوحفره، تعیین بازهایی که از درون حفره
عبور می‌کنند نیز دشوار است. زمانی که یک مولکول DNA از درون یک AHL عبور می‌کند،
در هر لحظه ۱۵ باز درون حفره مرکزی آن قرار دارند. روش‌های مختلفی برای تعیین دقیق
هر یک از این بازها پیشنهاد شده است و کار در این زمینه همچنان ادامه دارد.