جدا‌سازی مولکول به مولکول DNA با نانوکانال

پژوهشگران فناوری‌نانوی دانشگاه کرنل ابزار جدیدی برای مطالعه تغییرات اِپی‌ژنتیکی (epigenetic) در DNAهایی که باعث سرطان و سایر بیماری‌ها می‌شوند، اختراع کردند: یک افزاره سیالیت نانومقیاس که DNA را مولکول به مولکول جدا و جمع‌آوری می‌کند.

پژوهشگران فناوری‌نانوی دانشگاه کرنل ابزار
جدیدی برای مطالعه تغییرات اِپی‌ژنتیکی (epigenetic) در DNAهایی که باعث
سرطان و سایر بیماری‌ها می‌شوند، اختراع کردند: یک افزاره سیالیت نانومقیاس
که DNA را مولکول به مولکول جدا و جمع‌آوری می‌کند.

اِپی‌ژنتیک به تغییرات شیمیایی در DNA گفته می‌شود که تغییری در کد ژنتیکی
واقعی ایجاد نمی‌کنند ولی می‌توانند سیمای ژنی را تحت تاثیر قرار دهد و
بهنگام تکثیر منتقل شوند. یکی از مهمترین آنها متیلاسیون است، که در آن
گروه‌های متیل به DNA ملحق می‌شوند. زیست‌شناسان متیلاسیون را با رسوب
شیمیایی مولکول‌های متیله شده مطالعه می‌کنند ولی این روش‌ها نیازمند
نمونه‌های بزرگی بوده و معمولا مولکول‌هایی که قرار است، پیدا شوند را
تخریب کرده یا دور می‌ریزند. نانوسیالیت روشی برای انتخاب مولکول‌های منفرد
از داخل نمونه‌های کوچک و جمع‌آوری آنها برای مطالعه بیشتر در اختیار
می‌گذارد.

 

 
ترکیبی از مولکول‌های DNA از یک کانال نانوسیالیت عبور داده می‌شود.
مولکول‌هایی که با یک برچسب فلورسانت برچسب‌گذاری شده‌اند، باعث ماشه‌زنی
یک میدان الکتریکی می‌شوند که آنها را به یک طرف می‌راند.
 
این فرآیند با یک واکنش شیمیایی که یک
برچسب فلورسانت به مولکول‌های متیله شده DNA الحاق می‌کند، شروع می‌شود.
سپس نمونه از یک کانال نانوسیالیت به عرض ۲۵۰ نانومتر – آنقدر کوچک که
مولکول‌های DNA یک به یک عبور کنند – عبور داده می‌شود. لیزرهایی برای
درخشان کردن سیال و ایجاد فلورسانس استفاده می‌شود. هنگامی که مولکول
فلورسانت حرکت می‌کند یک آشکارساز یک پالس میدان الکتریکی ایجاد می‌کند که
این مولکول را درست قبل از اینکه کانال به شکل Y به دو شاخه تقسیم شود، به
یک سمت هل می‌دهد. بدین ترتیب مولکول‌های متیله شده از یک شاخه و بقیه از
شاخه دیگر عبور می‌کنند.

این پژوهشگران گفتند این افزاره آنقدر بسرعت واکنش می‌دهد که می‌تواند ۵۰۰
مولکول را در دقیقه جدا کند. آنها یادآوری کردند که جداسازی فلورسانسی چیز
جدیدی نیست ولی قبلا فقط با مواد بزرگ‌تر مانند نانوذرات یا سلول‌ها انجام
می‌شده است.

برای تست این روش، این پژوهشگران خاصیت فلورسانسی را در هر بازوی Y مشاهده
کردند. همچنین مجموعه کوچکی از مولکول‌های متیله شده را جمع‌آوری کرده و با
استفاده از روش PCR (واکنش زنجیره‌ای پلمری) که برای شیمیدانان آلی آشنا
است، آن را تقویت نموده و تجزیه کردند. آنها گفتند ۲-۱ درصد خطا داشت که
بخوبی با سایر روش‌های جداسازی قابل مقایسه است.

این پژوهشگران می‌گویند که خروجی جداسازی شده می‌تواند به یک سیسستم
میکروسیالیت دیگر برای تعیین توالی خودکار ژنی وارد شود. آنها افزودند این
روش با سایر اعمال جداسازی مولکولی سازگاری دارد.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Proceedings of
the National Academy of Sciences منتشر کرده‌اند.