امکان طراحی و ساخت انواع نانوکارخانه‌ها با مهندسی DNA

به گزارش خبرگزاری مهر، نانوکارخانه‌های مصنوعی کارگاه‌های کوچکی هستند که از مولکول‌های خود بدن انسان ساخته شده‌اند. این سایت‌های ساخت و ساز زیستی دقیقاً مطابق با یک طرح مشخص ساخته شده‌اند. در آینده، آن‌ها می‌توانند کاربردهای متعددی داشته باشند، به عنوان مثال به تشخیص بهتر نشانگرهای بیماری یا سموم محیطی کمک کنند و یا به عنوان کاتالیزورهای بسیار خاص برای تبدیل و ذخیره انرژی خدمت کنند.

محققان دانشگاه دویزبورگ-فیزن الگویی را تهیه کرده‌اند که با استفاده از راهبردهای محفظه‌ای می‌تواند پروتئین‌ها را شکسته یا باز کند و یا آن‌ها را تنظیم نماید. چنین ویژگی و توانمندی می‌تواند مسیرهای تازه‌ای به سوی ساخت نانوکارخانه‌های مصنوعی باز کند. نتایج این پروژه در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده است.

در سلول‌ها، واکنش‌های شیمیایی در سیستم‌های آنزیمی محفظه‌ای سازماندهی می‌شوند. به عبارت دیگر، واکنش‌ها در مناطق مکانی محدودی، موسوم به محفظه صورت می‌گیرد. این ویژگی، شرایط خاصی را برای هر واکنش ایجاد می‌کند و باعث افزایش کارایی و کنترل فرآیندهای بیوشیمیایی می‌شود.

با الهام از این سیستم‌های طبیعی، این تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور دکتر باربارا ساکاکا از مرکز بیوتکنولوژی پزشکی (ZMB) با همکاری آزمایشگاه پروفسور دکتر هممو مایر اقدام به ایجاد نانوکارخانه‌ای کردند که دارای محفظه‌های مختلف بوده که امکان انجام واکنش‌های خاص را دارد. برای ایجاد این نانوکارخانه، آن‌ها از روش DNA اریگامی استفاده کردند، روشی که در آن مولکول‌های DNA مانند بلوک‌های ساختمانی کوچک تا می‌شوند تا سازه‌های بسیار کوچکی را تشکیل دهند. از آنجا که فعل و انفعالات بین اجزای DNA دقیقاً مشخص است می‌توان ساختاری را در ابعاد نانومتری ایجاد نمود.

در این نانوکارخانه، دو محفظه طراحی شده که هر کدام دارای یک فضای داخلی است. بخش باز کردن پروتئین P۹۷ در قسمت اول قرار دارد. این بخش همانطور که از نامش پیداست اقدام به باز کرد بخش‌های تاخورده پروتئین می‌کند. در بخش دوم آنزیم پروتئاز وجود دارد که می‌تواند پروتئین‌ها را به بخش‌های کوچکتر بشکند. اتصال مکانی دو فرآیند فرعی باعث می‌شود که واکنش به طور قابل توجهی کارآمدتر شود؛ سرعت واکنش ده برابر افزایش می‌یابد و واکنش‌های جانبی ناخواسته تقریباً یک ششم سیستم‌های دیگر است.

این طراحی محققان مسیرهای تازه‌ای برای استفاده از فناوری‌نانو DNA و ایجاد ساختارهای مصنوعی باز می‌کند. از این سامانه‌ها می‌توان برای تولید نانوکارخانه‌های دیگر استفاده کرد.