نرم‌افزاری جدید برای اُریگامی DNA

گروهی از محققان آمریکایی نرم‌افزاری تولید کرده‌اند که پیش‌بینی شکل سه‌بعدی حاصل از اُریگامی یک DNA مشخص را آسان‌تر می‌سازد.

سالها پیش پاول روتموند مفهوم اریگامی DNA را به‌صورت دوبعدی ارائه نمود و
پس از آن، ویلیام شیح از دانشکده پزشکی دانشگاه هاروارد این روش را به سه
بعد گسترش داد. مانع اصلی که در مسیر این طراحی‌های بسیار پیچیده وجود دارد،
اتوماتیک‌سازی فرایند طراحی است. حال گروهی از محققان موسسه فناوری
ماساچوست (MIT) به رهبری مارک بیث، استاد زیست‌شناسی کاربردی این دانشگاه
نرم‌افزاری تولید کرده‌اند که پیش‌بینی شکل سه‌بعدی حاصل از یک DNA مشخص را
آسان‌تر می‌سازد. با وجودی که این نرم‌افزار به‌طور کامل موجب اتوماتیک‌سازی
فرایند طراحی نمی‌شود، اما موجب آسان‌تر شدن ایجاد ساختارهای سه‌بعدی
پیچیده، کنترل انعطاف‌پذیری و در نتیجه پایداری پیچ‌خوردگی آنها برای
محققان می‌گردد.

بیث می‌گوید: «ما نرم‌افزاری ایجاد کرده‌ایم که می‌توان شکل سه‌بعدی مورد
نظر را به آن داده و توالی بهینه‌ای که این شکل را ایجاد می‌کند، از آن
بگیریم. برای اینکه بتوانیم از این فناوری نانوآرایشی در زمینه‌های مختلفی
بهره ببریم، باید این فرایند کاملاً اتوماتیک شده و دخالت انسانی در آن به
کمترین مقدار ممکن برسد».

 
برنامه‌ریزی DNA

مولکول DNA زنجیره‌ای از چهار باز نوکلئوتید مختلف به نام‌های A، T، G و C
است و همین امر برنامه‌ریزی آن را آسان‌تر می‌سازد. بنابر قانون طبیعت A
تنها با T و G تنها با C پیوند می‌یابد. بیث می‌گوید: «می‌توانیم این توالی‌های
DNA را به‌نحوی طراحی کنیم که ساختار نهایی مورد نظر ما از طریق خودآرایی
ایجاد شود. به‌علاوه، با ترکیب رشته‌های مختلف DNA به‌روش مشابه می‌توان
ساختارهای بزرگ‌تری نیز ایجاد کرد».

راهبرد طراحی اُریگامی روتموند بر این ایده استوار است که بتوان یک رشته
بلند DNA را به‌نحوی طراحی کرد که به شکل دوبعدی، یعنی روی یک صفحه، پیچ
خورده و خودآرایی کند. او در اولین مقاله‌ای که در این زمینه منتشر کرده
است، از یک ژنوم متشکل از حدود ۸۰۰۰ نوکلئوتید برای ایجاد ستاره‌ها، مثلث‌ها
و صورتک‌های خندان دوبعدی بهره برده است.

این تک‌رشته DNA به‌عنوان چارچوبی برای باقی ساختار عمل می‌کند. صدها رشته
کوتاه هر یک به طول ۲۰ تا ۴۰ باز با این چارچوب پیوند می‌یابند تا آن را در
حالت پیج خورده نهایی نگه دارند.

نرم‌افزار جدید بیث با برنامه‌ای به نام caDNAno که در آزمایشگاه شیح تولید
شده است، مرتبط است. برنامه caDNAno امکان ایجاد دستی یک اُریگامی DNA را
از یک بستر دوبعدی فراهم می‌کند. برنامه جدید که CanDo نامیده می‌شود، طرح
دوبعدی حاصل از caDNAno را گرفته و شکل سه‌بعدی نهایی را پیش‌بینی می‌کند.
بنابر گفته روتموند، برنامه CanDo امکان بررسی دقیق‌تر ساختارهای DNA را
برای طراحان اُریگامی DNA فراهم می‌کند.

جزئیات این تحقیق در مجله Nature Methods منتشر شده است.