סריקת דנ"א באמצעות ננו-חרירים של גרפן

צוות חוקרים מאוניברסיטת דלפט בהולנד הציג סוג חדש של התקנים ננו-נקבוביים שיוכלו להשפיע משמעותית על הדרך בה אנו סורקים דנ"א ומפענחים את הרצפים שבתוכו. בשיטה החדשנית, החוקרים הצליחו ליצור חרירים זעירים ע"ג שכבת גרפן ולזהות באמצעותם את התנועה של פרודות דנ"א פרטניות העוברות דרך החרירים.

ברחבי העולם המדעי מתקיים היום מרוץ לפיתוחן של שיטות מהירות וחסכוניות לריצוף דנ"א, כלומר – לקריאת התוכן של הגנום שלנו (הצופן הגנטי) ופענוחו.

סוג אחד של אמצעי מבטיח במיוחד עבור הדור הבא של שיטות ריצוף הינו התקן שבו מתבצעות המדידות ע"ג פרודה יחידה. דמיינו לעצמכם פרודת דנ"א יחידה מאחד מהתאים שלכם (שלושה מיליארדי בסיסים, באורך של מטר אחד אם נמתח את הסליל) שעוברת קריאה – בסיס אחר בסיס – בזמן אמת בעודה נעה בין שתיים מהאצבעות שלכם. זה הרעיון של צוות החוקרים, בראשותו של פרופסור Cees Dekker. כעת, החוקרים מדגימים את השלב הראשון ברעיון זה: הזזת פרודה יחידה של דנ"א דרך חריר ננומטרי זעיר המצוי בקרומית הדקיקה ביותר שהטבע יכול להציע – החומר גרפן, המורכב משכבה בעובי של אטום יחיד.

החומר גרפן (Graphene) הוא חומר ייחודי ויוצא דופן, ולמרות זאת, נפוץ ביותר: לכל אחד יש גרפן בביתו – החומר גרפיט (graphite) מורכב משכבות של גרפן ומצוי, לדוגמא, בחודי עפרונות, פחמים או פיח שמקורו בנרות. אולם, במחקר זה נעשה שימוש בחומר גרפן בשל המאפיין המיוחד שבו – האפשרות להכין חד-שכבות של גרפן בעובי של אטום יחיד. מדוע שקרומית כה דקיקה תהיה בעלת חשיבות? המרווח בין שני בסיסי דנ"א קטן ביותר, כמחצית הננומטר. בכדי "לקרוא" כל אחד מהבסיסים הללו, יש צורך להשתמש באמצעי רישום הקטן בגודלו ממחצית הננומטר.

צוות המחקר הכין חריר בגודל ננומטרי – ננו-חריר – בקרומית הגרפן, מערכת המהווה את אמצעי הרישום האידיאלי. הם הראו כי פרודות פרטניות של דנ"א במים ניתנות ללכידה ע"י ננו-חרירי גרפן אלו, וחשוב מכך, ניתנות לפענוח בזמן מעברן דרך החריר. שיטת הזיהוי פשוטה ביותר: בעקבות הפעלת זרם לאורך ננו-החריר, יונים (פרודות טעונות חשמלית) המצויים בתמיסה מתחילים לנוע דרך החריר והזרם המתקבל ניתן למדידה. זרם זה פוחת כאשר פרודת דנ"א עוברת דרך ננו-החריר בעקבות חסימה חלקית של תנועת היונים בתמיסה. כך שכל פרודת דנ"א פרטנית העוברת דרך החריר ניתנת לגילוי ע"י ירידה בזרם.

פרודת הדנ"א עוברת דרך החריר בסיס אחר בסיס. באמצעות ננו-חריר הגרפן החד-אטומי ניתן, בעיקרון, לקרוא את רצף הדנ"א, בסיס אחר בסיס. מספר קבוצות מחקר ברחבי העולם מנסים מזה זמן מה לממש את הפוטנציאל של ננו-חרירי גרפן. קבוצת המחקר הזו הינה הראשונה שמפרסמת ממצאים בתחום זה.

הזזה של דנ"א באמצעות ננו-חרירים פותחה בעבר באותה מעבדה, וכן ע"י קבוצות מחקר אחרות בעולם, תוך שימוש בקרומיות של צורן-חנקן (SiN). ננו-חרירים של גרפן מציעים הזדמנויות חדשות – הרבה מעבר לריצוף דנ"א. מאחר וגרפן, בניגוד לחומר SiN, הינו מוליך חשמל מעולה, השלב הצפוי הבא יהיה להשתמש בתכונות המוליכות המובנות שבו. ננו-חרירים מאפשרים מגוון הזדמנויות לפיתוח חיישנים בתחומי המדע והרפואה.

הידיעה על המחקר