نانو برج‌هایی از DNA

مهندسان دانشگاه دوک (Duke) با استفاده از آنزیمی به نام TdTase ،‌ توانسته‌اند طول DNA های کوتاه متصل به نانو صفحات طلا را افزایش دهند. این پیشرفت باعث افزایش توانایی‌ها در زمینه فناوری‌های زیست ـ نانو می‌شود. Ashutosh Chilkoti ، استادیار مهندسی زیست ـ پزشکی در مدرسه مهندسی پرات (Pratt) از دانشگاه دوک، می‌گوید که این پیشرفت، یک گام مهم در جهت ایجاد نانو ساختارهای کاربردی با استفاده از مواد زیستی است. Chilkoti و گروهش در سال قبل یک فرآیند آنزیمی را برای کندن یک کانال در درون شبکه‌ای از رشته‌های DNA کشف کردند. هم‌اکنون با ترکیب این تکنیک با تکنیک جدید گسترش طولی DNA ، می‌توان سطوحی را با توپوگرافی سه بعدی خلق کرد. بنا به گفته Stefan Zauscher ،‌ استادیار مهندسی مکانیک و علوم مواد در دانشگاه دوک و عضو این گروه، توسعه ابزارهای زیست ـ نانو فناوری و راهکارهای ساخت این ابزارها در نهایت منجر به بررسی و مطالعه اتوماتیک زیست‌شناسی مولکولی می‌شود و کشفیات و درک ما از سیستم ماشینی مولکولی حیات را افزایش می‌دهد. Chilkoti می‌افزاید که ساخت ماشین‌ها و ابزارهای زیست ـ نانو در مقایسه با ساخت نیمه‌هادی‌ها، هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد. نانو ابزارهای اندکی برای کار با واحدهای زیستی در محیط‌های آبی وجود دارد و تقلید کورکورانه از صنعت نیمه هادی‌ها عاقلانه به نظر نمی‌رسد زیرا تکنیک‌های آنها با مواد محلول در آب جواب نمی‌دهد. بنابر اظهارات وی، این گروه ابزارهایی را ساخته است که تولید زیستی در مقیاس صنعتی را ممکن می‌سازند. این گروه کارش را با مقادیر زیادی از رشته‌های کوتاه DNA شروع کرد که بر روی صفحات طلا متصل شده بودند. صفحات طلا نیز با تکنیک لیتوگرافی بر روی یک زمینه سیلیکونی قرار داده شده بودند. سپس محققان این مجموعه را در محلولی حاوی آنزیم TdTase (Terminal Deoxynucleotidyl Transferase) ،‌ یک کاتالیست کبالتی و واحدهای سازنده مولکول DNA ، یعنی نوکلئوتیدها، فرو بردند. در طی یک ساعت فعالیت آنزیم TdTase ، طول رشته‌های DNA صد برابر افزایش یافته بود. این فرآیند در دمای اتاق و در یک انکوباتور حافظ رطوبت انجام شد. به گفته Chilkoti ،‌ کار با مواد زیستی محلول در آب نیازمند حفظ رطوبت محیط می‌باشد که در مقیاس صنعتی کار دشواری است، ولی انجام این فرآیند در دمای اتاق برای صنعت یک مزیت به شمار می‌آید. از طرف دیگر این فرآیند شبیه واکنش‌های پلی‌مریزه شدن در شیمی پلیمرها می‌باشد با این تفاوت مهم که در این فرآیند از مواد زیستی و کاتالیز آنزیمی استفاده می‌شود. آنزیم TdTase مدت زیادی است که شناخته شده است ولی کاربردهای زیست ـ مولکولی اندکی داشته است و انتخاب آن توسط این گروه به این دلیل بوده که این آنزیم فقط به کپی کردن DNA نمی‌پردازد بلکه به ساخت آن هم می‌پردازد. این آنزیم تا وقتی که واحدهای سازنده را در اختیار آن بگذارند، بدون توجه به نوع آنها، به ساخت DNA مورد استفاده قرار داد. این گروه تحقیقاتی به آنزیمها به عنوان منبعی غنی از ابزارهای لازم برای تولید وسایل نانو زیستی نگاه می‌کنند و آنها را کارخانجات تولیدی بدن می‌دانند که تقلید و استفاده از آنها می‌تواند بسیاری از مشکلات موجود در زمینه تولید وسایل نانوزیستی را مرتفع سازد. این تحقیق در شماره آینده نشریه علمی انجمن شیمی آمریکا (Journal of American Chemical Society-JACS) منتشر خواهد شد.