الأنف الكيميائية جهاز قادر على شم التغيرات الغير طبيعية في تركيب الحمض النووي

 

الأنف الكيميائية جهاز قادر على شم التغيرات الغير طبيعية في تركيب الحمض النووي

 

حاسة الشم الكيميائية

تاريخ: 5 مايو 2021

مصدر: جامعة كاليفورنيا - ريفرسايد

ملخص: التغييرات الصغيرة التي تحدث في تركيب الحمض النووي مسؤولة عن سرطان الثدي والعديد من الأمراض الأخرى ، ونظراً لصعوبتة لم يتم اكتشاف هذا الشيء سابقاً. لكن وباستخدام ما أسموه بـ "الأنف الكيميائية" ، يستطيع الكيميائيون شم الرائحة الغريبة عندما يتم طي أجزاء من الحمض النووي بطرق غير طبيعية.

 

التغييرات الصغيرة في تركيب الحمض النووي مسؤولة عن سرطان الثدي والعديد من الأمراض الأخرى ، وفي ما مضى كان من الصعب اكتشافها.

باستخدام ما أسموه بـ "حاسة الشم الكيميائية" أو الأنف الكيميائية Chemical 'nose' استطاع الكيميائيون في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد شم رائحة مخصصة أو مختلفة للحمض النووي وذلك عندما يتم طي أجزاء منه بطرق غير طبيعية. قاموا بنشر عملهم واكتشافهم بعد تصميم وإثبات هذا المشروع في مجلة Nature Chemistry

 

 

طي الحمض النووي

قال المسؤول عن الدراسة وأستاذ الكيمياء في جامعة كاليفورنيا ، وينوان تشونغ: "إذا تم طي تسلسل الحمض النووي ، فقد يمنع نسخ الجين المرتبط بقطعة معينة من الحمض النووي". وبعبارة أخرى ، يمكن أن يكون لهذا تأثير إيجابي من خلال إلغاء الجين الذي يحتمل أن يسبب السرطان أو يحفز الأورام.

على العكس من ذلك ، يمكن أن تكون لعملية طي الحمض النووي أثار سلبية أيضًا.

قال تشونغ: "طيات الحمض النووي يمكن أن تمنع إنتاج البروتينات الفيروسية التي تقلل الاستجابة المناعية".

تتطلب دراسة كيفية تأثير هذه الطيات على الكائنات الحية ، سواء بشكل إيجابي أو سلبي ، أولاً أن يكتشف العلماء وجودها. للقيام بذلك ، قام أستاذ الكيمياء العضوية في جامعة كاليفورنيا ، ريتشارد هولي وزملاؤه بتعديل مفهوم تم استخدامه سابقًا لاستشعار أشياء أخرى ، مثل المكونات الكيميائية في أنواع مختلفة من النبيذ.

 

يمكن توظيف المواد الكيميائية في النظام للبحث عن أي نوع من الجزيئات المستهدفة تقريبًا. إلا أن الطريقة التي تستخدم بها "الأنف الكيميائية" عادة لا يمكنها الكشف عن الحمض النووي. بمجرد إضافة مجموعة Hooley لمكونات إضافية غير قياسية ، يمكن للأنف الكيميائية أن تشم الهدف وهو الحمض النووي الخاص بها.

 

وأوضح هولي أن "البشر يكتشفون الروائح عن طريق استنشاق الهواء المحتوي على جزيئات الرائحة التي ترتبط بمستقبلات متعددة داخل الأنف". "نظامنا قابل للمقارنة مع حاسة الشم البشرية لأن لدينا عدة مستقبلات قادرة على التفاعل مع طيات الحمض النووي التي نبحث عنها."

 

 

الأنف الكيميائية

تتكون الأنف الكيميائية من ثلاثة أجزاء:

1.       الجزيئات المستضيفة.

2.      الجزيئات المستضافة الفلورية.

3.      الحمض النووي ، وهو الهدف.

عند وجود الطيات المرغوبة ، يضيء المستضاف ، لتنبيه الباحثي إلى وجود هذه الطيات في العينة.

 

 

الحمض النووي

يتكون الحمض النووي من أربعة أحماض نووية:

الجوانين guanine

الأدينين adenine

السيتوزين cytosine 

الثيمين thymine

في معظم الأحيان ، تشكل هذه الأحماض بنية حلزونية مزدوجة تشبه السلم. أحيانًا يتم طي المناطق الغنية بالجوانين بطريقة مختلفة ، مما يؤدي إلى إنشاء ما يسمى بـ G-quadruplex.

 

أجزاء الجينوم التي تشكل هذه الهياكل الرباعية معقدة للغاية ، على الرغم من أن الباحثين في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد اكتشفوا أن طياتها معروفة بتنظيم التعبير الجيني ، وتلعب دورًا رئيسيًا في الحفاظ على صحة الخلايا.

 

في هذه التجربة ، أراد الباحثون إثبات قدرتهم على اكتشاف نوع واحد محدد من الرباعيات المكونة من أربعة انواع من الجوانين. بعد القيام بذلك ، قال تشونغ إن فريق البحث سيحاول المحافظة على هذا التقدم.

قال: "نعتقد الآن أنه يمكننا اكتشاف المزيد". "هناك بنى أخرى ثلاثية الأبعاد في الحمض النووي ، ونريد أن نفسرها ونفهمها أيضاً."

سيقوم الباحثون بفحص كيفية تأثير القوى التي تتلف طرق طي الحمض النووي. سوف يدرسون أيضًا طي الحمض النووي الريبي لأن الحمض النووي الريبي يؤدي وظائف مهمة في الخلية.

وقال تشونغ: "يحتوي الحمض النووي الريبي على هياكل أكثر تعقيدًا من الحمض النووي ، ويصعب تحليله ، لكن فهم هيكله ينطوي على إمكانات كبيرة لأبحاث الأمراض".

 

 

 

المصادر

1.       Materials provided by University of California - Riverside. Original written by Jules Bernstein. Note: Content may be edited for style and length.

2.      Junyi Chen, Briana L. Hickey, Linlin Wang, Jiwon Lee, Adam D. Gill, Alessia Favero, Roberta Pinalli, Enrico Dalcanale, Richard J. Hooley, Wenwan Zhong. Selective discrimination and classification of G-quadruplex structures with a host–guest sensing array. Nature Chemistry, 2021; 13 (5): 488 DOI: 10.1038/s41557-021-00647-9