در حالی که در مدارس معمولاً DNA به شکل یک مارپیچ منظم معرفی می‌شود تحقیقات جدید نشان می‌دهد که این مولکول در سلول‌های زنده می‌تواند اشکال متنوع و پیچیده‌ای به خود بگیرد. DNA، مولکولی است که تقریباً در همه سلول‌های زنده وجود دارد و به دلیل طول زیاد خود درون سلول دچار پیچ و تاب و گره‌خوردگی می‌شود. در شرایط طبیعی، آنزیم‌های سلولی این فرآیند را کنترل می‌کنند اما هرگونه اختلال در این مکانیزم می‌تواند فعالیت سلولی را مختل کرده و زمینه‌ساز بیماری‌هایی نظیر سرطان و اختلالات عصبی شود.
برای درک دقیق این پیچیدگی‌ها و یافتن درمان بیماری‌های بزرگ، دانشمندان نیاز دارند ساختار و شکل دقیق گره‌ها و درهم‌تنیدگی‌های DNA را بشناسند. روش‌های آزمایشگاهی موجود برای بررسی این ساختارها، زمان‌بر و پرزحمت است.
اکنون یک تیم بین‌المللی به رهبری دانشگاه شفیلد در بریتانیا، این فرآیند را خودکار کرده است. با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، نرم‌افزار‌های پیشرفته و هوش مصنوعی، پژوهشگران قادر شده‌اند مسیر مولکول‌های DNA را ترسیم کرده و آنها را با دقت نانومتری اندازه‌گیری کنند.
مطالعه‌ای با عنوان «Quantifying complexity in DNA structures with high resolution Atomic Force Microscopy» در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
آلیس پاینه، استاد بیوفیزیک دانشگاه شفیلد و سرپرست این تحقیق می‌گوید: برای نخستین بار توانستیم ساختار مولکول‌های DNA پیچیده سلولی را با دقت نانومتری تعیین کنیم. با توسعه ابزار‌های پیشرفته تحلیل تصویر، کاری که پیش‌تر ساعت‌ها طول می‌کشید اکنون در عرض چند ثانیه انجام می‌شود.
وی افزود: این پیشرفت به ما امکان می‌دهد فرآیند‌های طبیعی و غیرطبیعی سلولی مانند تکثیر DNA و تأثیر ساختار‌های پیچیده بر تعامل پروتئین‌ها با ژنوم را بررسی کنیم. این اطلاعات برای هدف‌گیری آنزیم‌هایی مانند توپویراز‌ها که گره‌های DNA را باز می‌کنند، حیاتی است.
شان کالومز از مدرسه علوم مولکولی دانشگاه گلاسگو و یکی از نویسندگان مقاله، توضیح داد: DNA مولکول بسیار بلندی است و همانند یک رشته بلند، در سلول‌ها دچار گره‌خوردگی می‌شود. برای مطالعه فرآیند‌هایی که منجر به گره‌خوردگی DNA می‌شوند و عملکرد توپویراز‌ها در رفع آن، باید دقیقاً نحوه گره‌خوردگی را تعیین کنیم.
در این تحقیق هر نقطه تقاطع DNA مشخص می‌شود و امکان تشخیص اینکه کدام بخش از DNA بالای بخش دیگر قرار دارد وجود دارد. این قابلیت حتی امکان تمایز بین یک گره و تصویر آینه‌ای آن را فراهم می‌کند.
به گزارش ساینس دیلی، میکروسکوپ نیروی اتمی با استفاده از یک پروب بسیار کوچک به طور فیزیکی سطح نمونه را اندازه‌گیری می‌کند برخلاف میکروسکوپ‌های نوری یا الکترونی که از نور یا الکترون استفاده می‌کنند. این ویژگی، AFM را برای تحلیل در مقیاس نانومتر مناسب می‌سازد.
دوشان راچکو از مؤسسه پلیمر آکادمی علوم اسلواکی که در این مطالعه همکاری داشته گفت: با توسعه مدل‌های پیشرفته، می‌توانیم هزاران ساختار مولکولی ایجاد کنیم تا چارچوب‌های هوش مصنوعی آینده را آموزش دهیم و به درک دقیق‌تر توپولوژی و ساختار‌های پیچیده DNA نزدیک شویم.
این پژوهش نتیجه همکاری بین‌المللی دانشمندان شش دانشگاه و مؤسسه تحقیقاتی از بریتانیا، اسلواکی و فرانسه است.
در همین راستا آلیس پاینه و همکارانش با تاکید بر اهمیت این دستاورد به بررسی پیامد‌های زیستی گره‌ها و پیچیدگی‌های DNA و کاربرد آنها در پژوهش‌های دارویی و درمان بیماری‌های ژنتیکی پرداختند.
انتهای پیام/