חוקרים מהאוניברסיטה העברית מדדו לראשונה את המבנה האלקטרוני של מולקולות דנ”א בודדות

למידע החדש ייתכנו יישומים חשובים בתחום הרפואה והתעשייה

טכניקה המשלבת מדידות בטמפרטורה נמוכה וחישובים תיאורטיים אפשרה לחוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים למדוד לראשונה את המבנה האלקטרוני של מולקולות דנ”א בודדות.

המאפיינים האלקטרוניים של הדנ”א מהותיים לשטחי מחקר כמו ביוטכנולוגיה וננוטכנולוגיה. בין היתר, יש להם חשיבות במחקר של נזקי קרינה אולטרה-סגולה לדנ”א, העלולה לגרום לייצור של רדיקלים חופשיים ומוטציות גנטיות. במקרים אלה, תיקון הד.נ.א מתרחש ספונטנית ע”י העברת מטען אלקטרוני בסליל הדנ”א, המשחזר את הקשרים המולקולאריים שניזוקו.

בתחום הביו-ננו-אלקטרוניקה, העוסק, בין השאר בחקר מתקדם של מולקולות ביולוגיות ובייצור חוטים והתקנים חשמליים וננו-מעגלים אלקטרוניים, ייתכן שהדנ”א או נגזרותיו יוכלו לשמש כחיבורים ברשתות חישוביות מולקולאריות. חיבורים כאלה יכולים להיות קטנים ויעילים יותר מאלה המיוצרים כיום באמצעות טכנולוגיית הסיליקון.

לדברי החוקרים, הידע שנרכש לגבי המבנה האלקטרוני של הדנ”א במחקר זה יכול גם לשמש מדענים כדי למצוא דרכים מתוחכמות, מהימנות, זולות ומהירות יותר לפענוח הרצף של הדנ”א האנושי.

המחקר, שפורסם בכתב העת היוקרתי “Nature Materials”, הוא תוצאה של שיתוף פעולה אקדמי בינלאומי: הוא נערך ע”י ארז שפיר בהנחיה ותיאום ע”י ד”ר דני פורת מהמחלקה לכימיה פיסיקלית והמרכז לננו-מדע וננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית, ולקחו בו חלק גם ד”ר רוזה די פליצ'ה ממרכז s3 של-INFM CNR במודנה, איטליה, פרופסור אלכסנדר קוטלייר מאוניברסיטת תל-אביב, פרופסור ג'יאנאורליו קוניברטי מאוניברסיטת רגנסבורג, גרמניה, והמרכז לסופר-חישוביות באיטליה.

החוקרים הצליחו למדוד את המבנה האלקטרוני של הדנ”א ולהעריך את התרומה של מרכיבים שונים של הסליל הכפול למבנה זה – הישג שחוקרים רבים ניסו להגיע אליו בעבר, אך קשיים טכניים מנעו מהם מלהצליח עד כה. ההישג המשמעותי התאפשר הודות לשיתוף פעולה בין חוקרים ניסיוניים ותיאורטיים שהשתמשו ב-STM (scanning tunneling microscope) כדי למדוד את הזרם העובר לרוחבה של מולקולת דנ”א ארוכה והומוגנית המונחת על מצע של זהב בטמפרטורה של מינוס 195 מעלות צלזיוס. באמצעות חישובים תיאורטיים המבוססים על פתרונות למשוואות קוונטיות ועל ידי התאמה למדידות הזרם שעבר במולקולה, חושב המבנה האלקטרוני של הדנ”א והוערכה תרומת מרכיביו השונים לתוצאות המדידה הניסיונית.