ربات‌های مولکولی زنده به درون سلول‌ها راه یافتند

در حالی که فناوری محاسبات DNA در سالهای اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است ، محققان اخیراً گامی دیگر در این راستا برداشته اند: انتقال رشته های DNA از محیط آزمایشگاهی به سلول های زنده.

این پیشرفت نوید ظهور روبات های مولکولی هوشمند را می دهد که می توانند مستقیماً با محیط سلول ها در تعامل باشند. در مقاله ای که اخیراً در مجله محاسبات هوشمند منتشر شده است و عنوان آن “از لوله آزمایش به سلول: بازگشت مدارهای مدار DNA به خانه؟” نویسندگان آخرین دستاوردهای اجرای مدارهای DNA را در فضای سلول زنده بررسی کرده اند.

در قلب این فناوری ، مدارهای محاسباتی DNA قرار دارند. یک عنصر اصلی فناوری نانو. این مدارها از فرآیند “رشته رشته به واسطه” استفاده می کنند. فرایندی که یک رشته DNA جدید به یک منطقه آزاد (گیرنده) متصل می شود و رشته قبلی را از طریق مهاجرت شاخه منتقل می کند.

مدارهایی مانند “دروازه های Seesaw” و “واکنش های زنجیره ای هیبریداسیون” به عملیات منطقی پیچیده و تقویت سیگنال اجازه می دهند. همچنین ، دروازه های تعاونی ، که به ورودی های متعدد نیاز دارند ، قابلیت کنترل پیشرفته تری را ارائه می دهند. این مؤلفه ها می توانند به عنوان شبکه های بزرگی ترکیب شوند که باعث می شود با دقت تولید مثل واکنش های شیمیایی تولید شود.

فناوری محاسبات DNA همچنین با فناوری نانو مانند “DNA اریگامی” و مجامع مولکولی مرتبط است و امکان تغییر شکل کنترل شده را فراهم می کند که کاربردهای بیولوژیکی آن را گسترش می دهد.

یکی از استراتژی های اصلی انتقال مدارهای DNA از پیش گرفته شده به سلول ها است. از طرف دیگر ، مدارهای RNA از کروموزوم یا پلاسمیدها را می توان در داخل سلول ها رونویسی کرد تا در نهایت به مدارهای عملکردی RNA تبدیل شود. در هر دو مورد ، مدارهای بیولوژیکی نهایی قادر به ردیابی و تصمیم گیری در مورد رونویسی سلول و وضعیت متابولیک هستند.

طبق این مطالعه ، واکنشهای محاسباتی رشته ای می توانند با مولکول هایی مانند اسیدهای نوکلئیک ، پروتئین ها ، یون ها و ترکیبات کوچک آغاز شوند. اسیدهای نوکلئیک مانند DNA و RNA می توانند به عنوان یک ورودی مستقیم از طریق طراحی مکمل استفاده شوند و در تجزیه و تحلیل متن و نظارت بر سلول زنده استفاده می شوند.

برای شناسایی دقیق ورودی ها ، از “Aptamers” استفاده می شود. رشته های یکنواخت DNA یا RNA که با دقت و انتخاب بالا به هدف خود متصل می شوند. اتصال آپتامرها به مدارهای DNA نیز از طریق روش هایی مانند آپتامرهای تغییر ساختاری ، گیرنده های پنهان ، گیرنده های موقت ، گیرنده های فلزی ، پیوندهای شیمیایی و آنزیم های DNA (DNAZYMES) امکان پذیر است.

اگرچه جابجایی رشته های DNA عمدتاً در محیط آزمایشگاهی انجام شده است ، اما استفاده از آن در محیط داخل سلولی با موانعی مانند تخریب سریع توسط آنزیم های DNA روبرو شده است. برای افزایش پایداری ، محققان به حفاظت از ساختاری مانند حلقه های انتهایی و سایت های پیوند پروتئین و همچنین اصلاحات شیمیایی از جمله متیلاسیون رسیده اند.

از آنجا که بیشتر سلولها به طور طبیعی DNA خارجی را دفع می کنند ، ورود این نانومواد به روشهای خاصی مانند پروتکل های تبدیل یا تبدیل نیاز دارد. علاوه بر این ، عواملی مانند غلظت نمک ، چگالی مولکولی و محیط بین محلول نیز تحت تأثیر واکنش قرار می گیرند. راه حل جدید ایجاد مدارهای RNA رونویسی از پلاسمیدها یا کروموزوم ها است که به سلول ها اجازه می دهد خود این مدارها را تولید کنند.

جابجایی رشته DNA اکنون به زمینه ای برای مدل سازی محاسباتی تبدیل شده است. با ترکیب اصول محاسباتی کلاسیک با واکنشهای بیولوژیکی تصادفی ، مدل هایی ایجاد می شوند که هم با زیست شناسی و هم قدرت تجزیه و تحلیل و تصمیم گیری سازگار هستند. در چشم انداز آینده ، نانومواد DNA می تواند فرآیندهای بیولوژیکی را با دقت بالا کنترل کرده و انقلابی در پزشکی و علوم بیولوژیکی ایجاد کند.