كيميائيون يستعملون مسامات من رتبة النانو لكشف أماكن ضرر ال DNA
ترجمة بتصرف: آية نجار، الكيمياء العربي
علماء حول العالم يتسابقون إلى إيجاد تسلسل DNA يمكنهم من حل مخططات وراثية بشكل أسرع وأرخص من أي وقت مضى وذلك من خلال مرور جينات المادة الوراثية خلال مسامات بحجم الجزيئة.
الآن علماء جامعة يوتا University of Utah اعتمدو هذه الطريقة لإيجاد أي ضرر ملحق بالDNA الذي يمكن أن يؤدي إلى تغيرات وأمراض.
يحدث أنواع من الضرر في سلسة الDNA خلال اليوم 18,000 مرة في الخلية المثالية، نحن نتعرض إلى كل شي مثل أشعة الشمس ودخان السيارات، وفي أغلب الأحيان يكون الضرر قابل للإصلاح لكن أحياناً يؤدي إلى تغير في الجين وفي النهاية يسبب مرض.
من خلال دمج كشف التلف بتقنية المسامات من رتبة النانو مع الطرق الكيميائية الأخرى من تعديل الDNA يسعى الباحثون إلى جعل هذه التقنية الجديدة قادرة على اكتشاف أنواع أخرى من أماكن تلف الDNA بتحويل التلف إلى قاعدة مفقودة.
تقول سينثيا بوروزCynthia Burrows أستاذة كيميائية في جامعة يوتا مؤلفة الدراسة المشاركة “إن أي ضرر في سلسلة الDNA يساهم في العديد من الأمراض المتعلقة بالعمر من ضمنها (الرئة، القولون، سرطان الثدي، ومرض هنتغتون Huntington’s Disease، وهو مرض وراثي يشابه تدهور مرحلي للحالة العقلية بسبب موت خلايا في المخ مما يؤدي إلى الخرف وفقد الذاكرة).
أجرى كل من الباحثين وايت White و سينثيا Cynthia الدراسة مع المؤلف الأول، Na An، طالب الدكتوراة في الكيمياء و آرون فليمنغ Aaron Fleming، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراة في الكيمياء. الدراسة كانت ممولة من قبل المعهد القومي للصحة مع تبرعات للبرامج والأجهزة من قبل شركة BioSciences الالكترونية في سان دياغو San Diego.
الدراسة الأسرع والأرخص لسلسة الDNA :
إن تسلسل النيكليوتيدات في سلسلة ال DNA تستند على الأدنين، السيتوزين، الغوانين، والتايمين، والتي تعمل على صنع سلسلة ال DNA المضاعفة وهي الطريقة الأساسية لصنع المورثات أو المخططات الوراثية من الكائنات الحية وتمييز التغيرات التي تؤدي إلى أمراض في الجينات.
إن تسلسل ال DNA مهم في عدة أشكال حيث يستعملها:
- الشرطة لتوريط أو تبرئة المشتبه بهم من المجرمين.
- علماء الأحياء لفهم كل كائن حي.
- المزارعين لتعديل مورثات النبات لإنتاج نبات أفضل.
استعمال تقنية المسامات من رتبة النانو للبحث عن أماكن الضرر:
“نحن لا نقرأ تسلسل ال DNA عند تحرك شريط ال DNA خلال المسام، وإنما نحاول الكشف عن ضرر أساسي وحيد” يقول White، ويتابع “من المهم معرفة كيفية اتلاف القاعدة التي تؤدي إلى التغير لأنها الخطوة الأولى في المرض. الآن نحن نستطيع أن نرى موضع الضرر ونخبر تقريباً عن مكانه ضمن قطعة ال DNA إن الهدف أن نحدد بدقة موضع الضرر وفهم كيف أن هذا الضرر في الموقع أدى إلى مرض معين، نحن مازلنا نعمل على الكثير من الأبحاث ومحاولة ابتكار طرق لتحسين التقنية”.
المسام المستعمل من قبل العديد من متعقبي ال DNA وكيميائيي اليوتا تسمى ألفا هيموليزين alpha-hemolysin والبروتين الذي يجيء من البكتريا لعبور ال DNA عبر مثل هذه المسام، حيث يبلغ عرض المسام 400nm.
إن مسام البروتين له شكل الفطر بعض الشيء أي يكون أوسع في القمة، حيث أن ال DNA الأضيق في القاع يجب أن يعبر فتحة صغيرة، وإن بلايين القطع المكونة لل DNA كما هو معروف ترتبط مع بعضها بعمود فقري مكون من السكر والفوسفات.
فاللبحث عن أماكن التلف في سلسلة ال DNA على شكل قاعدة مفقودة، يفتح الباحثون الفولط الذي يؤدي إلى تدفق التيار المستمر خلال المنحل بالكهرباء (الإلكتروليت)، القطب الكهربائي الإيجابي للإلكتروليت يكون خارج المسام فيقوم بسحب ال DNA إلى المسام بسبب الشحنة السالبة لل DNA والناتجة من وجود زمرة الفوسفات.
الباحثون قاموا بافتعال خلل في سلسلة ال DNA عن طريق إزالة بعض القطع منها وعندها أصبح السكر في العمود الفقري لسلسلة ال DNA مكشوفاً، ثم قاموا بربط مادة كيميائية معروفة على هيئة حلقة مثل 18-تاج -6ايتر (18- crown-6ether) إلى السكر.
الخدعة كانت أن ربط ال DNA على حلقة الإيتر يؤدي إلى عبورها عبر مسامات النانو ببطء كافي لكشف جميع القطع المفقودة، تكون حركة ال DNA خلال المسام الصغيرة جداً تعتمد على التصلب وحجم حلقة إيتر التاج اللذان يؤشران إلى موقع ضرر ال DNA وهذا يتغير أيضا بإضافة أملاح إلى الحلقة، حيث اختبر الكيميائيون أملاح مختلفة لإيجاد أفضلها للاستعمال كمادة منحلة بالكهرباء مثل (كلوريد البوتاسيوم، كلوريد الليثيوم، كلوريد الصوديوم).، فالأيون الموجب (K+، +Li، Na+) يساعد الباحثين على قراءة التيار بينما ال DNA يتحرك خلال المسام، لكن البوتاسيوم كبير جداً مما يجعل حلقة الإيتر تبدو كبيرة جداً وصعبة المرور خلال مسام النانو، والليثيوم صغير جداً مما يجعل هبوط حلقة الإيتر خلال مسام النانو سريع جداً لكشف الضرر في السلسلة. لكن عند استعمال الصوديوم فإن ال DNA وتاج الإيتر يؤشران إلى الضرر الموجود في ال DNA ويحددان موقعه حيث تكون انزلاق السلسلة في سرعة مناسبة.
المصدر:
Utah Chemists Use Nanopores to Detect DNA Damage. (June 18, 2012). News Center The University of Utah. Retrieved from: http://unews.utah.edu/news_releases/utah-chemists-use-nanopores-to-detect-dna-damage/
