خبر کامل
کشف جدید: ساختارهای DNA که گره تلقی می‌شدند، در واقع «پلکتونم» هستند
کشف جدید: ساختارهای DNA که گره تلقی می‌شدند، در واقع «پلکتونم» هستند
پژوهشی نوین نشان می‌دهد که ساختارهایی که دانشمندان برای دهه‌ها آنها را به عنوان گره‌خوردگی DNA تفسیر می‌کردند، در حقیقت نوعی پیچ‌خوردگی پایدار موسوم به پلکتونم هستند. این کشف می‌تواند درک ما از رفتار DNA و فناوری‌های زیستی مبتنی بر نانوحفره‌ها را به طور اساسی تغییر دهد.
برای سال‌ها، پژوهشگران در آزمایش‌های نانوحفره‌ای، الگوهای الکتریکی پیچیده‌ای را هنگام عبور DNA از این حفره‌های بسیار ریز مشاهده می‌کردند. این الگوها معمولاً به عنوان نشانه‌ای از گره‌خوردن مولکول DNA تفسیر می‌شدند. تشبیه رایج در این زمینه، عبور بند کفش از یک سوراخ باریک بود؛ جایی که در صورت گره‌خوردن بند، حرکت آن تغییر می‌کند. بر همین اساس، تصور می‌شد DNA نیز هنگام عبور از نانوحفره‌ها دچار گره می‌شود. اما مطالعه‌ای جدید این دیدگاه دیرینه را به چالش کشیده است.
بازنگری در درهم‌تنیدگی DNA در نانوحفره‌ها
نتایج این پژوهش که در نشریه Physical Review X منتشر شده، نشان می‌دهد بسیاری از ساختارهایی که پیش‌تر گره تلقی می‌شدند، در واقع پلکتونم هستند؛ حالتی که در آن DNA به جای ایجاد یک گره واقعی، به دور خود می‌پیچد و ساختاری شبیه سیم تلفن قدیمی به وجود می‌آورد.
فی ژنگ، نویسنده اصلی این پژوهش از آزمایشگاه کاوندیش، توضیح می‌دهد: «آزمایش‌های ما نشان داد وقتی DNA از نانوحفره عبور داده می‌شود، جریان یونی داخل حفره باعث چرخش مولکول و تجمع گشتاور می‌شود. این فرآیند DNA را به پلکتونم تبدیل می‌کند، نه صرفاً گره. این پیچ‌خوردگی پنهان، اثر الکتریکی متمایز و پایدارتری نسبت به گره‌ها ایجاد می‌کند.»
پژوهشگران برای بررسی دقیق‌تر از نانوحفره‌های ساخته‌شده از شیشه و نیترید سیلیکون استفاده کردند و DNA را تحت ولتاژها و شرایط آزمایشی مختلف قرار دادند. نتایج نشان داد رویدادهایی که به عنوان درهم‌تنیدگی ثبت می‌شدند، بسیار بیشتر از مقداری بودند که تنها با گره‌خوردگی DNA قابل توضیح باشد. افزایش این رویدادها با بالا رفتن ولتاژ و طول DNA، نشان‌دهنده وجود سازوکاری ناشناخته در این فرآیند بود.
نیروی پیچشی و ساختارهای ماندگار
بر اساس این پژوهش، عامل اصلی ایجاد این پیچ‌خوردگی‌ها، جریان الکترواسموزی درون نانوحفره است؛ جریانی از آب که به مولکول مارپیچی DNA گشتاور وارد می‌کند. این گشتاور از طریق رشته DNA به بخش‌های بیرون از حفره منتقل شده و باعث پیچیدن DNA به دور خود می‌شود. برخلاف گره‌ها که معمولاً کوتاه‌عمر هستند، پلکتونم‌ها می‌توانند بزرگ‌تر شوند و در تمام مدت عبور DNA از نانوحفره باقی بمانند.
شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای تحت نیروها و گشتاورهای واقعی نیز این نتایج را تأیید کرد و نشان داد تشکیل پلکتونم‌ها به توانایی DNA در انتقال پیچش در طول خود وابسته است.
در گامی خلاقانه، پژوهشگران DNAهای نیک‌دار (دارای بریدگی‌های کنترل‌شده) طراحی کردند که انتقال پیچش را مختل می‌کرد. این کار به طور چشمگیری تشکیل پلکتونم‌ها را کاهش داد و نقش کلیدی این ساختارها را تأیید کرد. این یافته می‌تواند راه را برای روش‌های جدید تشخیص آسیب‌های DNA با استفاده از نانوحفره‌ها هموار کند.
اولریش اف کایزر، از نویسندگان این مقاله، می‌گوید: «اکنون می‌توانیم گره‌ها و پلکتونم‌ها را بر اساس مدت‌زمان حضورشان در سیگنال نانوحفره از هم تفکیک کنیم. گره‌ها سریع عبور می‌کنند اما پلکتونم‌ها سیگنال‌های کشیده و ماندگار ایجاد می‌کنند.»
پیامدهای گسترده برای زیست‌شناسی و فناوری
این کشف پیامدهای مهمی برای زیست‌فیزیک دارد و می‌تواند به درک بهتر رفتار DNA درون سلول‌ها کمک کند؛ جایی که گره‌ها و پلکتونم‌ها تحت تأثیر آنزیم‌ها نقش مهمی در سازمان‌دهی و پایداری ژنوم ایفا می‌کنند. در حوزه حسگرهای زیستی و تشخیص پزشکی نیز، توانایی شناسایی یا کنترل این پیچ‌خوردگی‌ها می‌تواند به توسعه نسل جدیدی از زیست‌حسگرهای حساس‌تر و حتی تشخیص زودهنگام آسیب‌های DNA در بیماری‌ها منجر شود.
کایزر در پایان تأکید می‌کند: «این پژوهش نشان می‌دهد نانوحفره‌ها تنها ابزارهای اندازه‌گیری نیستند، بلکه می‌توانند به عنوان ابزارهایی قدرتمند برای دست‌کاری زیست‌پلیمرها به شیوه‌هایی کاملاً نوین مورد استفاده قرار گیرند.»
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
زمان انتشار:
۱۵:۱۴ - ۱۴۰۴/۱۰/۱۰