توفر النتائج الجديدة منصة لأجهزة استشعار حيوية للحمض النووي أكثر كفاءة وانتقائية وحساسية يمكن استخدامها في الكشف عن مسببات الأمراض المختلفة. تحمل المستشعرات الحيوية الكهروكيميائية للحمض النووي وعدًا كبيرًا لرصد الأمراض المختلفة ومن المعروف أن تطبيقات الكشف الخاصة بهم واسعة تشمل تحليلات الحمض النووي المستهدفة، مثل الجينات البكتيرية وتسلل الورم إلى التركيزات ذات الصلة والتحاليل السريرية على سبيل المثال المؤشرات الحيوية لفيروس SARS CoV-2.

وجد فريق من الباحثين من جامعة آلتو بفنلندا، وجامعة ستراثكلايد (غلاسكو، الولايات المتحدة) طريقة لتعزيز حساسية مستشعرات الحمض النووي الكهروكيميائية باستخدام الهياكل النووية كمكونات جديدة للحمض النووي المعياري، وقام الباحثون بدمج تقنيات الاستشعار التقليدية القائمة على الحمض النووي مع هياكل أوريغامي الحمض النووي القابلة للبرمجة لإنشاء مستشعر خالٍ من الملصقات مع زيادة الانتقائية وحساسية الاكتشاف بشكل ملحوظ.

من الناحية العملية، فإن نقطة البداية هي نوع من أجهزة استشعار الحمض النووي الحيوي البسيط والشائع، بالإضافة إلى توفر نظام قطب كهربائي مغمور في محلول التحليل؛ حيث يتم تغليف قطب الاستشعار بخيوط مسبار الحمض النووي أحادية السلسلة التي تكمل تسلسل الحمض النووي المستهدف.

 بمجرد ارتباط الشريط المستهدف وتهجينه بخيط المسبار تتحرك الشحنات الكهربائية قليلاً بالقرب من القطب. كما أوضح طالب الدكتوراه بيتيري بيسكونين من جامعة آلتو، أحد مؤلفي البحث بأن ذلك يفسر إمكانية رؤية تغيير في الإشارة الكهروكيميائية.

يتابع بيسكونين عملية البحث حيث يقول: “هنا يأتي دور هياكل أوريغامي النووية للحمض النووي، حيث قمنا بتزويد أوريغامي  الحمض النووي الخاص بنا الذي يشبه البلاط بخيوط المسبار لالتقاط الأهداف مما يمكنها ذلك من الارتباط بانتقائية وكفاءة بأحد طرفي تسلسل الهدف، بينما يرتبط الطرف الآخر من الهدف بخيوط المسبار، لذلك نقوم بإنشاء مجمع يشبه الساندويتش حيث يتم احتجاز الشريط المستهدف بين القطب الكهربائي وأوريغامي الحمض النووي بعد ذلك بدلاً من تسجيل تغيير صغير في الإشارة عند ربط الهدف سنرى تأثيرًا كبيرا بسبب وجود أوريغامي الحمض النووي الكبير نسبيًا.

  لقد أثبتنا قدرات نظامنا من خلال اكتشاف جزء جيني من البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية وبإمكاننا حبس هذا الهدف بشكل انتقائي من حل معقد إلى حدٍ ما يحتوي على أنواع مختلفة من الحمض النووي أحادي السلسلة ذات الخيوط القصيرة وشظايا القمامة إلى الحمض النووي الدائري الطويل.

 كما يقول العالم الزائر فيكو لينكو (أستاذ مشارك حاليًا في جامعة تارتو، إستونيا) إنه باستخدام مستشعرنا يمكننا اكتشاف تركيزات ذات هدف أقل من 100-1000 مرة من التقنيات التقليدية.

من المشجع الاعتقاد أن من خلال الجمع بين أوريغامي الحمض النووي متعدد الاستخدامات والأقطاب الكهربائية القابلة للطباعة والتي يمكن التخلص منها يمكن إنشاء منصات استشعار خالية من الملصقات بمثل هذه الحساسية العالية والخصوصية وهذا يجعل تقنيتنا قابلة للتصنيع والتطبيق على نطاق واسع. لخص لينكو ذلك موضحًا: “في الوقت الحالي يستمر العمل التعاوني مع جامعة ستراثكلايد لتعميم إعداد المستشعر للاستخدام مع أنواع مختلفة من المؤشرات الحيوي”.

نُشرت النتائج في دورية ACS Sensors

المصدر: https://phys.org

ترجمة: عهد علي

مراجعة وتدقيق: زينب محمد