صنع “أصغر هوائي في العالم” من الحمض النووي
صنع علماء أصغر هوائي على الإطلاق، يبلغ طوله خمسة نانومتر فقط. وعلى عكس نظرائه الأكبر حجما، لم يُصنع لنقل موجات الراديو، ولكن لجمع أسرار البروتينات المتغيرة باستمرار.
ويتكون nanoantenna (هوائي النانو) من الحمض النووي، وهي جزيئات تحمل تعليمات جينية أصغر بحوالي 20 ألف مرة من شعرة الإنسان. إنها أيضا فلورية، ما يعني أنها تستخدم إشارات ضوئية لتسجيل المعلومات والإبلاغ عنها.
ويمكن استخدام تلك الإشارات الضوئية لدراسة حركة وتغيير البروتينات في الوقت الفعلي. وجزء من الابتكار مع هذا الهوائي المعين هو الطريقة التي يتم بها استخدام جزء المستقبل منه أيضا لاستشعار السطح الجزيئي للبروتين الذي يدرسه. وينتج عن ذلك إشارة مميزة عندما يؤدي البروتين وظيفته البيولوجية.
ويقول الكيميائي الكسيس فالي بيليسل، من جامعة مونتريال (UdeM) في كندا: “مثل الراديو ثنائي الاتجاه الذي يمكنه استقبال وإرسال موجات الراديو، فإن الفلورسنت nanoantenna يتلقى الضوء بلون واحد أو طول موجي، اعتمادا على حركة البروتين التي يستشعرها، ثم ينقل الضوء مرة أخرى بلون آخر يمكننا اكتشافه”.
وعلى وجه التحديد، فإن وظيفة الهوائي هي قياس التغيرات الهيكلية في البروتينات بمرور الوقت. والبروتينات هي جزيئات كبيرة ومعقدة تقوم بجميع أنواع المهام الأساسية في الجسم، من دعم جهاز المناعة إلى تنظيم وظائف الأعضاء.
ومع ذلك، بينما تسرع البروتينات في القيام بوظائفها، فإنها تخضع لتغييرات مستمرة في البنية، والانتقال من حالة إلى أخرى في عملية معقدة للغاية يسميها العلماء ديناميكيات البروتين. وليس لدينا أدوات جيدة لتتبع ديناميكيات البروتين أثناء العمل.
ويوضح الفريق في ورقتهم البحثية: “لا تزال الدراسة التجريبية للحالات العابرة للبروتين تمثل تحديا كبيرا لأن تقنيات الدقة الهيكلية العالية، بما في ذلك الرنين المغناطيسي النووي وتصوير البلورات بالأشعة السينية، لا يمكن تطبيقها بشكل مباشر في كثير من الأحيان لدراسة حالات البروتين قصيرة العمر”.
ويمكن لأحدث تقنيات تصنيع الحمض النووي – حوالي 40 عاما قيد التطوير – إنتاج هياكل نانوية مخصصة بأطوال ومرونة مختلفة، مُحسّنة للوفاء بوظائفها المطلوبة.
وتتمثل إحدى الميزات التي يتمتع بها هوائي الحمض النووي الفائق الصغر هذا، في قدرته على التقاط حالات بروتينية قصيرة العمر جدا. وهذا، كما يقول الباحثون، يعني أن هناك الكثير من التطبيقات المحتملة هنا، في كل من الكيمياء الحيوية وتكنولوجيا النانو بشكل عام.
ويقول الكيميائي سكوت هارون، من UdeM: “على سبيل المثال، تمكنا من اكتشاف، في الوقت الفعلي وللمرة الأولى، وظيفة إنزيم الفوسفاتيز القلوي مع مجموعة متنوعة من الجزيئات والعقاقير البيولوجية، وهذا الإنزيم له دور في العديد من الأمراض، بما في ذلك السرطانات المختلفة والتهابات الأمعاء”.
وأثناء استكشاف “عالمية” تصميمهم، اختبر الفريق بنجاح الهوائي باستخدام ثلاثة نماذج مختلفة من البروتينات – الستربتافيدين والفوسفاتيز القلوي والبروتين G – ولكن من المحتمل أن يكون هناك المزيد في المستقبل، وإحدى مزايا الهوائي الجديد هو تنوعه.
وكتب الفريق: “يمكن استخدام Nanoantennas لمراقبة الآليات الجزيئية الحيوية المتميزة في الوقت الفعلي، بما في ذلك التغييرات التوافقية الصغيرة والكبيرة”.
ويتطلع الباحثون الآن إلى إنشاء شركة تجارية ناشئة بحيث يمكن أن يتم حزم تقنية nanoantenna عمليا واستخدامها من قبل الآخرين، سواء كانت مؤسسات صيدلانية أو فرق بحثية أخرى.
