من المختبر إلى اليد.. جهاز نانوي يقرّب علم الجينوم الشخصي من الواقع

طوّر باحثون من جامعة أوساكا اليابانية تقنية نانوية جديدة تفكّ ضغط الحمض النووي بكفاءة لإجراء اختبارات جينية سريعة وسهلة.

ويوجد الحمض النووي في نواة الخلايا الحية، حيث يأخذ شكل سلّم لولبي مزدوج مكون من شريطين ويكون ملفوفا ومكثفا، ليشكل الكروموسومات التي تحمل الصفات الجسمية والخلقية للكائنات الحية.

ويحمل الحمض النووي التعليمات التي تقول “من نحن”. وإذا أردنا قراءة هذه التعليمات أو فهم استعدادنا للاضطرابات الوراثية، فعلينا فكّ ضغط بنية الحمض النووي الحلزونية المزدوجة بعناية، وهذه العملية ليست سهلة ولا سريعة، وتتضمن تسخينا شديدا ومواد كيميائية يمكن أن تُلحق الضرر بالحمض النووي، لذا فإن فريق البحث طوّر تقنية جديدة تسهّل ذلك باختراع سخان مصغر لفكّ الحمض النووي بدقة ولطف.

ويَستخدم الجهاز ملفا بلاتينيا نانويا صغيرا جدا، فعندما يصل خيط الحمض النووي إلى المسام النانوية -وهو ثقب صغير جدا في الجهاز يطبّق جهدا كهربائيا على الملف- تفتح الحرارة الحمض النووي، مما يسمح بقراءة شريط واحد في كل مرة.

ونشرت نتائج الدراسة في مجلة إي سي إس نانو (ACS Nano) في 29 يوليو/تموز الماضي وكتب عنها موقع يوريك أليرت.

ويوضح المؤلف المشارك في الدراسة ماكوسو تسوتسوي أن “أهم مزايا الطريقة الجديدة عدم الحاجة إلى تسخين العينة بأكملها، بل تسخين جزء صغير منها فقط، وهذا يعني أن العملية لا تحتاج إلا إلى الكثير من الطاقة، مما يقلل من تلف الحمض النووي، ويمكّننا من قراءة المعلومات منه بدقة أكبر”.

مختبر تحمله في يدك

اختبر الفريق الطريقة الجديدة باستخدام جزيء حمض نووي طويل من فيروس يحتوي على ما يقرب من 50 ألف زوج قاعدي، بالإضافة إلى بلازميد صغير وهو جزيء من المادة الوراثية توجد في البكتيريا وبعض الكائنات الحية الدقيقة الأخرى.

وكانت كمية صغيرة من الحرارة كافية لفك ضغط كل من البلازميد وجزيء الحمض النووي الأطول. كما أتاحت طريقة التسخين الدقيقة التي استخدمها الفريق التحكم في وقت وكيفية فك ضغط جزيء الحمض النووي، وتنظيم سرعته، ورصد مروره عبر المسام النانوية باستخدام الإشارات الكهربائية.

وأتاحت هذه المعلومات التفصيلية للفريق استنتاج كيفية تأثر حركة جزيء الحمض النووي بالقوى الكهربائية، ودرجة الحرارة، وكلها بيانات قيّمة لتحسينات إضافية في تسلسل الحمض النووي.

يقول المؤلف المشارك في الدراسة توموجي كاواي: “من المتوقع أن يكون جهازنا سهل التصنيع، ونأمل أن يصبح تقنية أساسية لتسلسل الجينوم من الجيل التالي بسرعة ودقة”. ويضيف أن “هذا الجهاز مجهري ويستهلك طاقة قليلة جدا، لذا يمكن دمجه في أجهزة تشخيص محمولة، مما يتيح الوصول المباشر إلى المعلومات الجينية التي تساعد في التشخيص والعلاج”.

ويمثل هذا النظام الصغير والقوي الذي يعمل بالسخان، خطوة نحو أجهزة الاختبار الجيني المحمولة، والتي يمكن استخدامها لتحديد وجود الجينات المسؤولة عن السرطان أو أمراض أخرى بسرعة وسهولة، كما يمكن أن يسهم في تعزيز الطب الشخصي، مما يسمح للأطباء بتوصية العلاجات بناءً على المعلومات الجينية الفريدة لكل شخص.