تقوم شريحة السيليكون بإنشاء 64 تسلسل DNA بالتوازي باستخدام التيارات الكهربائية والماء
طور باحثون في جامعة هارفارد شريحة شبه موصلة يمكنها تصنيع 64 تسلسلاً مختلفًا للحمض النووي بالتوازي باستخدام التيارات الكهربائية والعملية الأنزيمية المائية، مما قد يوفر بديلاً لطرق تصنيع الحمض النووي التقليدية. تستخدم الشريحة تحكمًا كهربائيًا موضعيًا لتحفيز تخليق الحمض النووي في مواقع محددة على سطحها. يقول الفريق إن هذا النهج يتجنب كيمياء الفوسفورميديت الثقيلة المذيبات المستخدمة على نطاق واسع لإنتاج الحمض النووي الاصطناعي اليوم. يعد الحمض النووي الاصطناعي أداة رئيسية في التكنولوجيا الحيوية الحديثة، حيث يدعم تطبيقات تتراوح من التشخيص وهندسة الجينوم إلى أبحاث السرطان. في حين أن تخليق الحمض النووي الأنزيمي قد ظهر كبديل أكثر ملاءمة للبيئة، إلا أنه واجه صعوبات في مجاراة حجم الطرق التقليدية. ووفقا للباحثين، اقتصرت الأساليب الأنزيمية حتى الآن على إنتاج نحو اثني عشر تسلسلا للحمض النووي في وقت واحد. في الدراسة الجديدة، أنتجت الرقاقة 64 تسلسلًا مختلفًا للحمض النووي بالتوازي، مع وصول طول كل تسلسل إلى 39 نيوكليوتيدات. توجه الكهرباء عملية تصنيع الحمض النووي DNA، حيث يحدث نيوكليوتيد واحد في كل مرة. بعد كل إضافة، يجب إزالة مجموعة الحجب المؤقتة قبل ربط النوكليوتيدات التالية. وللتحكم في هذه العملية، صمم فريق هارفارد شريحة تحتوي على 64 موقعًا للتوليف. يحتوي كل موقع على قطبين حلقيين متحدين المركز يحيطان بسلاسل الحمض النووي المثبتة في المركز. عند تنشيطه، يقوم القطب الداخلي بتوليد بروتونات تعمل على خفض الرقم الهيدروجيني حول شريط DNA محدد. تتيح هذه البيئة الحمضية نمو الحمض النووي الأنزيمي. وفي الوقت نفسه، يستهلك القطب الخارجي البروتونات المنتشرة، مما يمنع المنطقة ذات الرقم الهيدروجيني المنخفض من الانتشار إلى المواقع المجاورة. ومن خلال تكرار هذه العملية عبر مواقع مختارة خلال كل دورة تصنيع، يمكن للرقاقة بناء العديد من تسلسلات الحمض النووي المختلفة في وقت واحد. يعتمد العمل على منصة أشباه الموصلات التي تم تطويرها في الأصل لتطبيقات علم الأعصاب. قال دونهي هام، أستاذ جون أ. وإليزابيث س. أرمسترونج للهندسة والعلوم التطبيقية في جامعة هارفارد: “كانت السمة المميزة للرقاقة هي الحقن الدقيق للتيار، والذي استخدمناه لنفاذية أغشية الخلايا العصبية للوصول إلى داخل الخلايا”. “في مرحلة معينة، تساءلنا ما إذا كان من الممكن إعادة توجيه نفس التحكم الحالي من الخلايا إلى الجزيئات – استبدال الأقطاب الكهربائية المواجهة للخلايا العصبية بأزواج الأقطاب الكهربائية الحلقية التي يمكنها تحديد الرقم الهيدروجيني لتخليق الحمض النووي. لقد نجح الأمر”. إمكانية تخزين البيانات إلى جانب التطبيقات البيولوجية، اكتشف الباحثون ما إذا كانت التكنولوجيا يمكن أن تدعم تخزين البيانات المستندة إلى الحمض النووي. وباستخدام 64 تسلسلًا للحمض النووي المُصنَّع، قام الفريق بتشفير رسالة نصية بحجم 169 بايت، مما يوضح قدرة المنصة على تخزين المعلومات الرقمية في جزيئات الحمض النووي. ويعتقد الباحثون أن نهج التوليف المعتمد على الماء يمكن أن يصبح ذا أهمية متزايدة إذا زاد إنتاج الحمض النووي بشكل كبير في المستقبل. وقال وو-بين جونغ، المؤلف الأول المشارك للدراسة: “إن تخزين بيانات الحمض النووي يتطلب من تخليق الحمض النووي أن يعمل على نطاق يتجاوز بكثير احتياجات اليوم”. “وهذا هو سبب أهمية التوليف الأنزيمي في الماء. إذا كان من الممكن تصنيع أكثر من 64 تسلسلاً بالتوازي، فقد يوفر ذلك طريقًا صديقًا للبيئة نحو كتابة الحمض النووي على نطاق واسع جدًا.” وحاول الفريق أيضًا زيادة كثافة مواقع التوليف على الشريحة. وبينما فشلت هذه التجارب، فقد كشفت أن القيد الرئيسي جاء من الكيمياء المستخدمة لإزالة مجموعات الحجب وليس من البنية الإلكترونية للرقاقة. وقال هان ساي جونغ، المؤلف الأول المشارك للدراسة: “لقد قامت الرقاقة بما طلبنا منها القيام به: حيث حددت الرقم الهيدروجيني المنخفض في مواقع مختارة”. “جاء القيد من كيمياء إزالة الحماية، وليس من السيليكون.” ونشرت الدراسة في مجلة نيتشر إلكترونيكس.
تم النشر: 2026-06-18 00:58:00
