موتورهای نانوییِ دی‌ان‌ای: یه انقلاب تو حرکتای مصنوعی
موتورای نانویی دی‌ان‌ای، همون‌طور که از اسمشون پیداست، موتورای خیلی کوچیکی‌ان که از ساختارهای دی‌ان‌ای و آر‌ان‌ای برای تولید حرکت استفاده می‌کنن. این کار از طریق تجزیه‌ی آنزیمی آر‌ان‌ای انجام می‌شه. در واقع، انرژی شیمیایی تبدیل به حرکت مکانیکی می‌شه و این تبدیل با استفاده از حرکت براونی صورت می‌گیره.
این موتورها از مکانیزم «راکت براونی پل سوخته» استفاده می‌کنن. یعنی، موتور با تجزیه کردن (یا «سوزوندن») پیوندها (یا «پل‌ها») که در طول بستر حرکت می‌کنه، به جلو رانده می‌شه و در واقع حرکتش به سمت جلو ساده‌تر می‌شه. این موتورای نانویی خیلی قابلیت برنامه‌ریزی دارن و می‌تونن برای محاسبات مولکولی، تشخیص و حمل و نقل طراحی بشن.
با همه‌ی هوشمندی‌ای که این موتورها دارن، سرعتشون هنوز به پای همتایان بیولوژیکیشون، یعنی پروتئین‌های حرکتی، نمی‌رسه و مشکل اصلی هم همینه. محققین دارن این موتورای مصنوعی رو بررسی، بهینه‌سازی و بازسازی می‌کنن تا سرعتشون رو بیشتر کنن و از آزمایشای ردگیری ذره‌ای و شبیه‌سازی کینتیک مبتنی بر هندسه استفاده می‌کنن. تاکانوری هاراشیما، محقق و نویسنده‌ی اول این مقاله، می‌گه: «پروتئین‌های حرکتی طبیعی نقش‌های اساسی در فرآیندهای بیولوژیکی دارن و سرعتشون بین ۱۰ تا ۱۰۰۰ نانومتر در ثانیه است. تا حالا، موتورهای مولکولی مصنوعی نتونستن به این سرعت‌ها نزدیک بشن و بیشتر طرح‌ها کمتر از ۱ نانومتر در ثانیه سرعت دارن.»
محققین، کارشون رو تو تاریخ ۱۶ ژانویه‌ی ۲۰۲۵ تو مجله‌ی Nature Communications منتشر کردن و یه راه‌حل برای یکی از مهم‌ترین مشکلات، یعنی سرعت، ارائه دادن: تغییر گلوگاه. آزمایشا و شبیه‌سازیا نشون داد که پیوند RNase H، گلوگاه اصلیه و کل فرآیند رو کُند می‌کنه. RNase H آنزیمیه که تو نگهداری ژنوم نقش داره و آر‌ان‌ای رو تو هیبریدهای آر‌ان‌ای/دی‌ان‌ای تو موتور تجزیه می‌کنه. هر چی پیوند RNase H آهسته‌تر انجام بشه، وقفه‌های حرکتی هم طولانی‌تر می‌شن و این باعث می‌شه زمان پردازش کُندتر بشه.
بالا بردن سرعت موتورها با بیشتر کردن غلظت RNase H
با بیشتر کردن غلظت RNase H، سرعت به شکل قابل توجهی بهتر شد و زمان توقف از ۷۰ ثانیه به حدود ۰٫۲ ثانیه رسید. ولی، با این سرعت بیشتر، از پروسسیتی (تعداد مراحل قبل از جدا شدن) و طول حرکت (مسافتی که موتور قبل از جدا شدن طی می‌کنه) کم شد. محققین فهمیدن که می‌شه این تعادل بین سرعت و پروسسیتی/طول حرکت رو با بیشتر کردن نرخ هیبریداسیون دی‌ان‌ای/آر‌ان‌ای بهتر کرد و عملکرد شبیه‌سازی شده رو به عملکرد پروتئین‌های موتوری نزدیک‌تر کرد.
عملکرد موتورِ مهندسی‌شده
موتور مهندسی‌شده، با توالی‌های دی‌ان‌ای/آر‌ان‌ای که دوباره طراحی شده و ۳٫۸ برابر بیشتر شدن نرخ هیبریداسیون، به سرعت ۳۰ نانومتر در ثانیه، پروسسیتی ۲۰۰ و طول حرکت ۳ میکرومتر رسید. این نتایج نشون می‌ده که موتور نانویی دی‌ان‌ای الان تو عملکردش قابل مقایسه با پروتئین‌های موتوریه. هاراشیما گفت: «در نهایت، هدف ما اینه که موتورای مولکولی مصنوعی‌ای بسازیم که از پروتئین‌های موتوری طبیعی هم بهتر عمل کنن.»
کاربردهای موتورای مولکولی مصنوعی
این موتورای مصنوعی می‌تونن تو محاسبات مولکولی بر اساس حرکت موتور خیلی مفید باشن و همین‌طور تو تشخیص عفونت‌ها یا مولکول‌های مرتبط با بیماری با حساسیت بالا کاربرد داشته باشن. آزمایشا و شبیه‌سازیا که تو این مطالعه انجام شده، یه چشم‌انداز امیدوارکننده رو برای آینده‌ی موتورای نانویی دی‌ان‌ای و موتورای مصنوعی مرتبط و قابلیت‌شون برای رقابت با پروتئین‌های موتوری و هم‌چنین کاربرداشون تو نانو فناوري فراهم می‌کنه.
تیم تحقیقاتی
تیم تحقیقاتی شامل تاکانوری هاراشیما، آکیهرو اوتومو و ریوتا اینو از مؤسسه علوم مولکولی تو مؤسسات ملی علوم طبیعی و مؤسسه تحصیلات تکمیلی برای مطالعات پیشرفته تو SOKENDAI بود. این کار با حمایت JSPS KAKENHI، کمک‌های مالی برای مناطق تحقیقاتی تحول‌آفرین (A) (تحقیقات عمومی) «علم مواد مِزو-هیرارکی» (۲۴H017۳۲) و «سایبرنتیک مولکولی» (۲۳H۰۴۴۳۴)، و هم‌چنین کمک مالی برای تحقیقات علمی تو زمینه‌های نوآورانه «موتور مولکولی» (۱۸H۰۵۴۲۴)، و کمک مالی برای دانشمندان جوان (۲۳K۱۳۶۴۵) و JST ACT-X «زندگی و اطلاعات» (MJAX۲۴LE) و کمک مالی بنیاد تسوگاوا برای سال مالی ۲۰۲۳ حمایت شد.
“`
بیشتر بخوانید
مدیتیشن یک روز پربرکت برای جذب عشق وامنیت و سلامتی
خود هیپنوتیزم درمان زود انزالی در مردان توسط هیپنوتراپیست رضا خدامهری
تقویت سیستم ایمنی بدن با خود هیپنوتیزم
شمس و طغری
خود هیپنوتیزم ماندن در رژیم لاغری و درمان قطعی چاقی کاملا علمی و ایمن
خود هیپنوتیزم تقویت اعتماد به نفس و عزت نفس