ساخت ربات‌های مولکولی درون سلول‌های زنده: آینده نانوتکنولوژی بیولوژیک
علمایان در تلاش‌اند روش‌هایی را بیابند که پایداری نانو دستگاه‌های قابل برنامه‌ریزی را در محیط سلول‌های زنده تضمین کند.
به گزارش آینده، محققان در مطالعه اخیر خود درباره محاسبات هوشمند، نحوه تأمین انرژی برای این نانودستگاه‌های پویا از طریق واکنش‌های جابجایی رشته دی‌ان‌ای را تشریح کرده‌اند. به نظر می‌رسد که در آینده نزدیک امکان انجام محاسبه، سنجش و کنترل در سیستم‌های بیولوژیکی به صورت لحظه‌ای فراهم شود.
🔗 بیشتر بخوانید: فسیل مشهور «کودک تاونگ» ۲.۵۸ میلیون سال قدمت دارد_آینده
نحوه تأمین نیروی مولکولی توسط جابجایی رشته DNA
قلب این فناوری، «مدارهای جابجایی رشته دی‌ان‌ای» است که عنصر کلیدی نانو تکنولوژی حاضر محسوب می‌شود. این مدارها از ناحیه «توہولد» (toehold) برای آغاز جابجایی بهره می‌برند؛ در اینجا یک رشته دی‌ان‌ای به رشته هم‌جنس متصل شده و با استفاده از حرکت شاخه‌ای، رشته موجود را جابه‌جا می‌کند.
سامانه‌های پایه قادرند عملیات منطقی پیچیده و تقویت سیگنال را اجرا کنند، در حالی که «دروازه‌های همکاری» (cooperative gates) برای تولید یک خروجی به چندین ورودی نیاز دارند و کنترل پیشرفته را هموار می‌سازند. اجزای مجزا می‌توانند در شبکه‌های بزرگتر به صورت ماژولار ترکیب شوند.
🔗 بیشتر بخوانید: چطور بیماری اِگزِما را مدیریت کنیم؟_آینده
جابجایی رشته دی‌ان‌ای به نانوساختارها متصل شده و امکان تغییرات شکل کنترل‌شده را فراهم می‌کند، که دامنه کاربردهای بیولوژیکی را گسترش می‌دهد.
به بیان محققان، واکنش‌های جابجایی رشته دی‌ان‌ای می‌توانند توسط مولکول‌های بیولوژیکی نظیر مولکول‌های کوچک، پروتئین‌ها و یون‌ها هدایت شوند.
🔗 بیشتر بخوانید: مغز چطور کلمات را ذخیره و بازیابی می‌کند؟
چالش‌ها و راهکارها برای عملکرد درون‌سلولی
در مراحل اولیه، جابجایی رشته دی‌ان‌ای در شرایط آزمایشگاهی انجام می‌شد، اما کاربرد در بدنه با چالش‌های فراوان روبرو است. پژوهشگران برای افزایش پایداری این رشته‌ها، تغییرات ساختاری متنوعی را بررسی کرده‌اند.
از آنجا که اکثر سلول‌ها به طور طبیعی دی‌ان-É خارجی را دفع می‌کنند، قرار دادن این نانودستگاه‌ها در درون سلولی نیازمند تکنیک‌های تخصصی است. وقتی دستگاه‌ها وارد سلول شوند، عواملی چون غلظت نمک و ازدحام مولکولی بر واکنش‌های جابجایی تأثیر می‌گذارند.
محققان در حال توسعه نانودستگاه‌های مبتنی بر «RNA» هستند که در پلاسمیدها یا کروموزوم‌ها کدگذاری خواهند شد و به سلول‌ها اجازه می‌دهند این مدارها را اکسپرس کنند. این رویکرد می‌تواند فرآیند عملیات را بهینه کند.
پیش‌رو به سمت ماشین‌های دی‌ان-É هوشمند و زیست‌رایانه‌ها
جابجایی رشته دی‌ان-É در گسترش معماری‌های محاسبه‌ای مورد بهره قرار گرفته است. با ادغام اصول محاسباتی با مکانیزم جابجایی، می‌توان الگوریتم‌های ساختاریافته را با فرآیندهای بیوشیمیایی و واکنش‌های شیمیایی در سیستم‌های بیولوژیکی تلفیق کرد.
در آینده، جابجایی رشته دی‌ان-É با بهره‌گیری از ماشین‌های نانویی خودکار محقق خواهد شد. این ماشین‌ها قادرند فرآیندهای بیولوژیکی را با دقت دستکاری کنند که می‌تواند انقلاب‌های بنیادین در تحقیقات بهداشتی و علوم زیستی به همراه داشته باشد.