کامپیوترهای ژنتیکی
| ||
در زمان های گذشته ، هر شاخه از علم ، سرش در کار خودش بود و کاری به کار بقیه نداشت. ولی در این دوره و زمانه ، اوضاع به قدری پیچیده شده که می شود انتظار هر اتفاقی را داشت.
نمونه آن هم دخالت علم ژنتیک در دنیای کامپیوترها و صفر و یک است. این روزها محققان نانوفن آوری تلاش می کنند که از DNA در مدارات الکترونیک و از جمله کامپیوترها استفاده کنند.
اولین کسی که به سرش زد از DNA در زمینه هایی غیر از زیست شناسی هم می شود استفاده کرد ، یک شیمی دان دانشگاه نیویورک بود به اسم نایمن سیمن.
از 22 سال پیش ، او به این قضیه فکر می کرد که چگونه می توان اطلاعات ژنتیک موجود در DNA را برای انجام وظایف سودمند دیگر، مهندسی کرد. هر مولکول DNA کدی در داخل ساختمانش دارد که محققان می توانند با دوباره تنظیم کردن آن ، پیوند مولکول های DNA با همدیگر را کنترل کنند. هدف این وصله و پینه زدن مولکول های DNA ، رسیدن به کارخانه های میکروسکوپی است که می توانند مولکول های سفارشی (مولکول هایی با خصوصیات از قبل تعیین شده) و عناصر الکترونیکی ده برابر کوچک تر (نسبت به محدودیت های فعلی برای اندازه عناصر الکترونیکی) تولید کنند.
هر مولکول DNA در ساختمان داخلی اش یک کد دارد که می توان با دوباره فرموله و تنظیم کردن آن ، اتصالات مولکول های DNA به همدیگر را کنترل کرد. هر رشته منفرد DNA ، رشته طولانی و بلندی است که از بلوک های بنیادین شیمیایی: ادنین (A)، تایمین (T)، سایتوزین (C)و گوانین (G)تشکیل شده است.
هر موجود زنده ، یک کد ژنتیک منحصر به فرد در داخل سلول هایش دارد که با ترکیبی از حروف بالا مشخص می شود.
دو رشته DNA می توانند با هم ترکیب شوند و مارپیچ دوبل معروفی را که توسط کریک و واتسون در 1953 کشف شد، تشکیل بدهند. اما این آرایش نردبانی دوقلو تنها زمانی می تواند اتفاق بیفتد که بلوک های بنیادین داخل دو رشته با هم سازگار باشند؛ یعنی پیوند A با T و پیوند C با G.
به گفته توماس لابین از دانشگاه Duke این پیوندها مثل یک چسب هوشمند می داند کدام قطعه ها را به هم بچسباند. لابین و گروهش با طراحی ساختاری که چند قطعه DNA داشت کارشان را شروع کردند. این قطعه ها با هم در یک محلول آبی مخلوط می شوند ، سپس قطعه هایی با کد سازگار با هم پیوند تشکیل می دهند تا چند کپی از ساختار خواسته شده را شکل دهند.حتما شما هم اسباب بازی هایی را دیده اید که قطعات شان از هم جداست و با وصل کردن آن ها به هم مثلا یک هواپیما یا ماشین ساخته می شود. روش ترکیب شدن مولکول های DNA هم شبیه این اسباب بازی هاست ، با این تفاوت که تنها کافی است جعبه قطعات جدا از هم را تکان بدهی تا خود قطعات به صورت خودکار همدیگر را پیدا کنند و به هم بچسبند!
DNA در طبیعت اغلب فقط یک زنجیره به هم پیوسته بلند دارد، ولی محققان ترجیح می دادند شکل های دیگری را هم داشته باشند.
بیشتر از سی سال پیش ، زیست شناس ها کشف کردند که سلول ها در دوران اصلاح و بازسازی ،مولکول های DNA ای به شکل صلیب می سازند. بازوهای کناری یا شاخه های این مولکول های DNA کد ژنتیکی را داشتند که حرف هایش از سر و ته یکسان خوانده می شد ؛ مثل کلمات متقارنی مانند گرگ و کمک.
سیمن و گروهش این ترتیب متقارن DNA را تغییر دادند تا یک مولکول پایدار با چهار بازو بسازند. آنها همچنین توانستند DNA با 3 ، 5 و 6 بازو بسازند.
این اشکال چسبناک دو بعدی از سر تا ته تنها چند نانونمتر طول داشتند(هر نانومتر = یک میلیاردیم متر). محققان هم چنین برای آن ها سرهای چسبناکی طراحی کردند.
این رشته های DNA با سرهای چسبناک به عنوان وصل کننده میان مولکول ها عمل می کردند.اوایل امسال لابین و همکارانش با قطعات DNA صلیبی شکل ، یک شبکه های چهار در چهار ساختند.
با اضافه کردن یک نوع پروتئین به این شبکه ها، این گروه توانستند قدم رو به جلویی را برای ساخت عناصر نانوالکترونیک بردارند. حالا دیگر دانشمندان می توانستند مواد کاربردی دیگری مثل فلزات ، نیمه هادی ها و عایق ها را به این مولکول های DNA ویژه اضافه کنند و کارهای خاصی را با آن ها بکنند. مثلا همین اواخر، از این تکنیک برای ساخت یک ترانزیستور ساده و همین طور سیم های فلزی استفاده شد.البته برای ساخت عناصر پیچیده تر یک مشکل وجود دارد. محققان برای این که بار منفی DNA را پایدار نگاه دارند، یون های مثبت را به محلول اضافه می کنند.
ولی ممکن است یون ها با مواد کاربردی لازم برای ساخت عناصر الکترونیکی تداخل داشته باشند. یک راه حل استفاده از مولکول های شبه DNA ای است که همان کد DNA قبلی را داشته باشند ولی بی بار(خنثی) باشند. سیمن می گوید در حدود 1000 مشتق از DNA با "رنگ و بوهای" مختلف وجود دارد که از یکی از آن ها برای این کار می توان استفاده کرد. ولی مشکل این کار این است که ساخت این DNA جایگزین ، 10 برابر گران تر از DNA اصلی در می آید. البته با اوضاع فعلی که تکنیک های تولید تراشه ها به بن بست رسیده و نمی توان تا اندازه های کوچک تر از چند ده نانومتر جلوتر رفت ، این روش سودمند است.
با استفاده از این آرایش مولکول های شبه DNA ، نه تنها کامپیوترها و دیگر وسایل ما فشرده تر می شوند، بلکه سریع تر هم می شوند.محققان می توانند از DNA های ویژه برای حرکت دادن دیگر مولکول های DNA هم استفاده کنند.
اولین بار در سال 0200 محققان توانستند یک DNA شبیه Vبسازند که مثل یک قیچی مولکولی عمل می کرد، یعنی دو سر این مولکول V شکل بسته می شد و دوباره باز می شد. با استفاده از چنین حرکت هماهنگ مشابهی ، سیمن و همکارانش در سال 2004 یک مولکول DNA دو پا ساختند که می توانست راه برود. چیزی که بهتر است به آن یک نانوروبات بگوییم.
لابین می گوید در آینده ممکن است پزشک ها ماشین های DNA خودکار را به عنوان حسگرهای زیستی و یا سیستم های تحویل دارو به بدن تزریق کنند و مکان های مشخصی مثل تومورها و یا لخته های خونی را هم هدف بگیرند. اگرچه برای عملی شدن بعضی از این کاربردها چندین سال وقت لازم است ولی سرعت پیشرفت در این حوزه از علم آن قدر زیاد است که بعید نیست همین فردا پس فردا به نتیجه هم برسند!
