גבישי ד.נ.א. תלת-מימדיים

כימאים מאוניברסיטת ניו-יורק הכינו מבני-ד.נ.א. תלת-מימדיים שהינם פריצת-דרך המהווה גשר בין העולם המולקולארי לבין העולם שבו אנו חיים ביום-יום ובין ביוטכנולוגיה לננוטכנולוגיה

כימאים מאוניברסיטת ניו-יורק הכינו מבני-ד.נ.א. תלת-מימדיים שהינם פריצת-דרך המהווה גשר בין העולם המולקולארי לבין העולם שבו אנו חיים ביום-יום. המחקר, שפורסם בגיליון האחרון של כתב העת היוקרתי Nature, הינו בעל מגוון יישומים תעשייתיים ורפואיים אפשריים, כדוגמת ההכנה של רכיבים ננואלקטרוניים והבנת מבניהם התלת-מימדיים של קולטני תרופות בגוף.

בעוד שמדענים, בכללם אלו שערכו את המחקר הנ”ל, תכננו והכינו כבר בעבר מבנים גבישיים, מבנים אלו היו דו-מימדיים בלבד (התפרסו על מישור יחיד) ולא היוו את הייצוג הנאמן ביותר לגבישים “אמיתיים”.

בכדי להתגבר על מגבלה זו, צוות המחקר, בראשותו של הפרופסור לכימיה Nadrian Seeman, ניסו לתכנן ולהכין גבישי ד.נ.א. תלת-מימדיים – תהליך הדורש בקרה מרחבית מרובה על מבנהו התלת-מימדי של החומר.

בכדי להשיג יעד זה, החוקרים הכינו גבישי ד.נ.א. באמצעות השימוש ברצפים סינתטיים שלהם המסוגלים להתארגן עצמאית לסדרת מבנים בצורת משולש תלת-מימדי. הכנת הגבישים התבססה על ההוספה של “קצוות דביקים” – רצפים “דביקים” קטנים בכל אחד מקצות המבנה – אשר נקשרו לפרודות אחרות תוך מיקומן במערך סדור ומוכוון. הרכב וטיב קצוות דביקים אלו מאפשרים ליחידות המבנה לחבור אחת לשנייה באופן מבוקר ומתוכנן מראש.

החוקר הראשי ועמיתיו כבר הכינו בעבר גבישים באמצעות תהליך זה; אולם, מאחר וגבישים אלו התארגנו עצמאית על אותו המישור, הם היו בעצם דו-מימדיים בצורתם הסופית. במחקר החדש המדענים הרחיבו את היריעה על-סמך ניסוייהם הקודמים תוך ניצול מבנהו הדו-סלילי של הד.נ.א. בכדי ליצור גבישים תלת-מידיים. הגבישים הדו-מימדיים הינם זעירים ביותר – כאלפית המילימטר – בעוד שהגבישים התלת-מימדיים הרבה יותר גדולים ומגיעים עד כדי מילימטר אחד ואפילו נראים בעין בלתי-מזוינת.

סלילי-ד.נ.א. כפולים (דו-גדילים) נוצרים כאשר גדילים בודדים של ד.נ.א. – המכילים כל אחד ארבעה רכיבים מולקולאריים המכונים בסיסים, הקשורים בשלד משותף – מתארגנים עצמאית ע”י חיבור אופייני וייחודי בין הבסיסים. לדו-סלילים אלו הוסיפו החוקרים קצוות דביקים, כלומר – פעילים כימית, לקבלת כעין זיזים פעילים של חד-גדילים בכל אחד מקצות הסלילים הכפולים. כאשר קצוות דביקים אלו התאימו אחד לשני הם התחברו יחדיו וקשרו כך שתי יחידות של סליל כפול. זוהי בעצם שיטה נפוצה המשמשת מהנדסי גנטיקה המיישמים אותה בקנה-מידה רחב יותר. באמצעות קישור יחדיו של מספר סלילים כפולים דרך הקצוות הדביקים שלהם, החוקרים הצליחו ליצור מבנה דמוי סריג הפונה לשישה כיוונים שונים תוך קבלת מערך גבישי תלת-מימדי.

“בעזרת שיטה זו אנו מסוגלים לארגן הרבה יותר חומר ולהכווינו במספר דרכים רב יותר מאשר עם הגבישים הדו-מימדיים,” מסביר החוקר הראשי.

מתווה מבטיח ליישום גישה זו טמון בננו-אלקטרוניקה, תוך שימוש ברכיבים שאינם גדולים יותר מאשר פרודה בודדת. כיום, מוצרים כאלו בנויים מרכיבים דו-מימדיים. בהינתן הגמישות המוגברת שיוכלו להעניק רכיבים תלת-מימדיים אלו, יצרנים יוכלו לבנות חלקים קטנים ודחוסים יותר, וכן מתוחכמים יותר בעיצובם.

החוקרים צופים גם כי הם יוכלו לעצב מאקרו-מולקולות ביולוגיות ע”י חיבורן לגבישים אלו. תוצאה זו תוכל לסייע רבות בפיתוח תרופות, מכיוון שניתן יהיה לצפות במאקרו-מולקולות המחוברות לגבישים אלו ע”י שיטת מדידה ידועה בשם קריסטלוגרפיית קרני-רנטגן. ע”י הוספת תרופות למערכי-הגבישים ניתן יהיה לצפות, למדוד ולהבין את יחסי-הגומלין בין רכיבים ביולוגיים אלו, כדוגמת הפעילות שבין נוגדן לאנטיגן.

חוקר הביופיזיקה Bob Sweet, שביצע מדידות קריסטלוגרפיה של קרני-רנטגן לגבישים מציין כי: “זהו אחד מהמבנים המסודרים ביותר שראיתי מזה שנים. הוא באמת מחבר בין ביוטכנולוגיה לננוטכנולוגיה.”

הידיעה מהאוניברסיטה