استفاده از زیست شناسی مصنوعی برای ارتقاء ادوات توالی یابی

تاریخ : ۰۶ آذر ۱۴۰۰

تعداد بازدید : ۳۰۲

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

محققان نشان دادند که می توان با استفاده از زیست شناسی مصنوعی نانوحفره‌های مصنوعی بزرگ تولید کرد. این نانوحفره ها برای تشخیص رشته های DNA و پروتئین ها قابل استفاده هستند و می توان از آن برای توالی یابی استفاده کرد.

توالی یابی با نانوحفره یکی از حوزه های در حال رشد بوده و در حال حاضر ادوات تجاری سازی شده مختلفی نیز وارد بازار شده که در آن از نانوحفره برای توالی یابی DNA استفاده شده است.

اما توسعه نانوحفره ها حوزه چالش برانگیزی است و سالهاست که دانشمندان به دنبال ساخت نانوحفره هایی با ویژگی های از پیش تعیین شده هستند.

به تازگی محققان مقاله ای با عنوان De novo design of a nanopore for single-molecule detection that incorporates a β-hairpin peptide در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رسانده اند که در جزئیاتی درمورد تولید نانوحفره های زیستی درج شده است. نانوحفره‌های زیستی معمولا کانال‌هایی هستند که توسط پروتئین‌های حفره‌ساز ساخته می‌شوند و می‌توانند مولکول‌های خاصی را شناسایی کنند، اما شناسایی چنین کانال‌های طبیعی دشوار است و در نتیجه کاربرد این نانوحفره‌ها را در حوزه‌هایی نظیر توالی‌یابی DNA کم هزینه و سریع، تشخیص مولکول‌های کوچک و موارد دیگر محدود می‌کند.

ریوجی کاوانو، استاد دانشگاه کشاورزی و فناوری توکیو (TUAT) در ژاپن گفت: « نانوحفره ابزار قدرتمندی برای تشخیص تک مولکولی بدون برچسب هستند. این اولین باری است که DNA و پلی پپتیدها با استفاده از یک نانوحفره جدید طراحی و شناسایی می‌شوند.»

به گفته کاوانو، این نانوحفره‌های جدید «از ابتدا» ساخته شده‌اند و پتانسیل تقلید پروتئین‌های طبیعی را داشته و توانایی لازم برای شناسایی پروتئین‌های خاص را دارند. کاوانو گفت که این نانوحفره‌ها می‌توانند به‌عنوان ماشین‌های مولکولی مصنوعی استفاده شوند، ماشین‌هایی که قادر به تشخیص طیف وسیع‌تری از مولکول‌ها هستند. چنین فناوری ممکن است به روشن شدن ارتباط بین ساختار و عملکرد در پروتئین‌های هدف کمک کند.

کاوانو با اشاره به اینکه همه پروتئین ها ساختار و اندازه منحصر به فردی دارند، گفت: «ساختار تاخورده پروتئین‌ها توسط توالی پلی پپتیدی خطی تعیین می‌شود و عملکرد پروتئین خاصی را ایجاد می کند. ساختار اولیه منحصر به فرد نتیجه تکامل ساختاری مانند جهش و انتخاب اسید آمینه در طول زمان است. آشکار کردن رابطه بین این اطلاعات اولیه و ساختار پروتئین یکی از اهداف نهایی علم است.»

برای توسعه نانوحفره‌های مصنوعی بزرگ که می‌توانند بهتر مولکول‌ها را برای کاربردهای عملی شناسایی کنند، کاوانو و تیمش پپتیدی به نام SV28 طراحی کردند. با دو بازوی آمینو اسیدی خم شده در یک زاویه تیزو  وجود بارهای خاص در انتهای آن، جهت‌گیری پپتید را می توان با اعمال یک ولتاژ دقیقاً کنترل کرد. این پپتید می‌تواند برای تشکیل ساختارهای نانوحفره‌ای در اندازه‌های 1.7 تا 6.3 نانومتر جمع شود که برای شناسایی مولکول‌های DNA مناسب است.

محققان همچنین SV28 را با افزودن جهشی اصلاح کردند که باعث می‌شود ساختار پپتید به روش‌های خاصی خم شود و بپیچد. پپتید حاصل منافذ پراکنده یکنواختی به ابعاد 1.7 نانومتر را تشکیل داد که قادر به تشخیص یک زنجیره پلی‌پپتیدی یا نیمی از یک پروتئین بود.

این دستاورد می‌تواند برای تسهیل درک رابطه بین ساختار و عملکرد پروتئین اعمال شود. برای مراحل بعدی،  این تیم تحقیقاتی قصد دارد پپتیدها و پروتئین‌های مختلفی را برای ساخت انواع مختلفی از نانوحفره‌ها طراحی کند تا از آنها برای کمک به توالی‌یابی پپتید، به عنوان روبات‌های مولکولی استفاده کند.

منبع : https://phys.org/news/2021-11-dna-proteins-de-novo-designed-nanopore.html

نظر شما