صنع العلماء أصغر هوائي صنع على الإطلاق – يبلغ طوله خمسة نانومتر فقط. على عكس نظرائه الأكبر حجمًا الذي نعرفه جميعًا ، لم يتم صنع هذا الشيء الصغير لنقل موجات الراديو ، ولكن لجمع أسرار البروتينات المتغيرة باستمرار.
النانوانتينا مصنوعة من الحمض النووي، الجزيئات التي تحمل تعليمات وراثية أصغر بحوالي 20 ألف مرة من شعرة الإنسان. إنها أيضًا فلورية ، مما يعني أنها تستخدم إشارات ضوئية لتسجيل المعلومات والإبلاغ عنها.
ويمكن استخدام تلك الإشارات الضوئية لدراسة حركة وتغيير البروتينات في الوقت الفعلي.
جزء من الابتكار مع هذا الهوائي المعين هو الطريقة التي يتم بها استخدام جزء المستقبل منه أيضًا لاستشعار السطح الجزيئي للبروتين الذي يدرسه. ينتج عن ذلك إشارة مميزة عندما يؤدي البروتين وظيفته البيولوجية.
“مثل الراديو ثنائي الاتجاه الذي يمكنه استقبال وإرسال موجات الراديو ، فإن الفلورسنت nanoantenna يتلقى الضوء بلون واحد أو طول موجي ، واعتمادًا على حركة البروتين التي يستشعرها ، ثم ينقل الضوء مرة أخرى بلون آخر يمكننا اكتشافه ، ” يقول الكيميائي Alexis Vallée-Bélisleمن جامعة مونتريال (UdeM) في كندا.
على وجه التحديد ، فإن وظيفة الهوائي هي قياس التغيرات الهيكلية في البروتينات بمرور الوقت. البروتينات هي جزيئات كبيرة ومعقدة تقوم بجميع أنواع المهام الأساسية في الجسم ، من دعم جهاز المناعة إلى تنظيم وظائف الأعضاء.
ومع ذلك ، بينما تسرع البروتينات في القيام بوظائفها ، فإنها تخضع لتغييرات مستمرة في البنية ، وتنتقل من حالة إلى أخرى في عملية معقدة للغاية يسميها العلماء ديناميات البروتين. وليس لدينا أدوات جيدة لتتبع ديناميكيات البروتين أثناء العمل.
“تظل الدراسة التجريبية للحالات العابرة للبروتين تمثل تحديًا كبيرًا لأن تقنيات الدقة الهيكلية العالية ، بما في ذلك الرنين المغناطيسي النووي وتصوير البلورات بالأشعة السينية ، غالبًا ما لا يمكن تطبيقها بشكل مباشر لدراسة حالات البروتين قصيرة العمر ،” الفريق يشرح في ورقتهم.
أحدث تقنيات تصنيع الحمض النووي – حوالي 40 عامًا قيد التطوير – قادرة على إنتاج هياكل نانوية مخصصة بأطوال ومرونة مختلفة ، مُحسَّنة للوفاء بوظائفها المطلوبة.
تتمثل إحدى الميزات التي يتمتع بها هوائي الحمض النووي الفائق الصغر هذا على تقنيات التحليل الأخرى في قدرته على التقاط حالات بروتينية قصيرة العمر جدًا. هذا ، كما يقول الباحثون ، يعني أن هناك الكثير من التطبيقات المحتملة هنا ، في كل من الكيمياء الحيوية وتكنولوجيا النانو بشكل عام.
“على سبيل المثال ، تمكنا من الكشف ، في الوقت الفعلي وللمرة الأولى ، عن وظيفة إنزيم الفوسفاتيز القلوي مع مجموعة متنوعة من الجزيئات والعقاقير البيولوجية ،” يقول الكيميائي سكوت هارونمن UdeM. “هذا الإنزيم له دور في العديد من الأمراض ، بما في ذلك السرطانات المختلفة والتهابات الأمعاء.”
أثناء استكشاف “عالمية” تصميمهم ، اختبر الفريق بنجاح الهوائي باستخدام ثلاثة نماذج مختلفة من البروتينات – الستربتافيدين ، والفوسفاتيز القلوي ، والبروتين G – ولكن من المحتمل أن يكون هناك المزيد في المستقبل ، وإحدى مزايا الهوائي الجديد هو تنوعه .
“يمكن استخدام Nanoantennas لمراقبة الآليات الجزيئية الحيوية المتميزة في الوقت الفعلي ، بما في ذلك التغييرات المطابقة الصغيرة والكبيرة – من حيث المبدأ ، أي حدث يمكن أن يؤثر على انبعاث التألق للصبغة ،” يكتب في ورقتهم.
أصبح الحمض النووي أكثر شيوعًا باعتباره لبنة بناء يمكننا تصنيعها ومعالجتها لإنشاء بنى نانوية مثل الهوائي في هذه الدراسة. كيمياء الحمض النووي سهلة البرمجة نسبيًا وسهلة الاستخدام بمجرد برمجتها.
يتطلع الباحثون الآن إلى إنشاء شركة تجارية ناشئة بحيث يمكن أن يتم حزم تقنية nanoantenna عمليًا واستخدامها من قبل الآخرين ، سواء كانت مؤسسات صيدلانية أو فرق بحثية أخرى.
“ربما أكثر ما يثير حماستنا هو إدراك أن العديد من المعامل حول العالم ، المجهزة بمقياس طيفي تقليدي ، يمكنها بسهولة استخدام هذه النانانتينا لدراسة البروتين المفضل لديهم ، مثل تحديد عقاقير جديدة أو تطوير تقنيات نانوية جديدة ،” يقول Vallée-Bélisle.
تم نشر البحث في طرق الطبيعة.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”