جیمز واتسون

آیا ژن‌ها، هارد-دیسک‌های آینده‌اند؟

arezoo — Mon, 28 Jan 2013 07:43:09 +0000

احسان سنایی

احسان سنایی - حتماً نام سازمان CERN را شنیده‌اید؛ سازمان تحقیقات هسته‌اى اروپا، که متولّى چندین و چند آزمایشگاه فیزیکى دنیا، از جمله شتاب‌دهنده‌‌هاى بزرگ ذرات بنیادى‌‌ست. این سازمان، یکى از حجیم‌ترین بانک‌هاى اطلاعاتى جهان را هم در اختیار دارد، که بخش اعظم آن شامل داده‌هاى خام مربوط به شتاب‌دهنده‌هاست. مثلاً کشف ذره هیگز، که در سال گذشته هیاهوی زیادی را هم برانگیخت، با تحلیل حدود ٢٠٠ پتابایت اطلاعات خام میسر شد؛ یعنى ٢٠٠ میلیون گیگابایت. این حجم از اطلاعات را می‌توان در حدود ٥٠ میلیون DVD ذخیره کرد. آمار سرسام‌آوری‌ست؛ ولى شاید تعجب کنید اگر بگوییم این فناوری دیگر قدیمی شد.

گروهی از دانشمندان انیستیتو بیوانفورماتیک اروپا در شهر هینکستون انگلستان، خبر از ظهور تکنولوژى جدیدى دادند که مى‌تواند همان ٥٠ میلیون DVD را در حدود ٨٠ گرم از مولکول DNA جاسازى کند؛ یعنى مولکولى که خودش حاوى اطلاعات حیاتى موجودات زنده ا‌ست.

هفته پیش، گروهی از دانشمندان انیستیتو بیوانفورماتیک اروپا در شهر هینکستون انگلستان، خبر از ظهور تکنولوژى جدیدى دادند که مى‌تواند همان ٥٠ میلیون DVD را در حدود ٨٠ گرم از مولکول DNA جاسازى کند؛ یعنى مولکولى که خودش حاوى اطلاعات حیاتى موجودات زنده ا‌ست. این موضوع در حد حدس و گمان هم نیست؛ چراکه هم‌اکنون همه‌ی ١٥٤ غزل‌واره‌ی شکسپیر در یک رشته DNA جاسازى شده است و هنوز هم آنقدرها جا بوده تا ٢٦ ثانیه از صداى مارتین لوتر کینگ؛ یک نسخه از مقاله معروف جیمز واتسون و فرانسیس کریک راجع به ساختار DNA؛ یک عکس از محل کار خود دانشمندان این پروژه، و همچنین اطلاعات مربوط به تبدیل و بازیابى این داده‌ها را هم درون خودش جا بدهد؛ که مجموعاً حجم‌شان به حدود ٥.٢ میلیون بیت (bit) می‌رسد. و عجیب اینجاست که این اطلاعات، اگر به‌مدت چندین هزار سال هم در معرض باد و باران و آفتاب باشند، از بین نمی‌روند.

فعلاً ذخیره‌سازى هر مگابایت اطلاعات از طریق بازنویسى مولکول‌هاى DNA، حدود ١٢ هزار و ٤٠٠ دلار هزینه برمی‌دارد و بازخوانی آن هم حدود ٢٢٠ دلار. رقم سرسام‌آورى‌‌ست؛ ولى خب نباید از یاد هم برد که هنوز حدود یک هفته هم از اعلام عمومى این فناوری نمی‌گذرد.

این دانشمندان، از دو روش براى ذخیره اطلاعات بر روی مولکول‌های DNA استفاده کردند. این مولکول‌ها كه خود از دو رشته پليمرى تشكيل شده اند، اصولاً حاوى چهار تركيب زيستى موسوم به بازِ نوكلئوتيدى هستند که نحوه چیدمان شان مشخص می‌کند اين مولکول ميزبان چه اطلاعاتى‌‌ست. این چهار باز هم بر مبناى حروف اول اسامى‌‌شان، A، C، T و Gنامیده می‌شوند. یک تیم از این دانشمندان، به سرپرستى جورج چرچ (George Church) از دانشکده پزشکى دانشگاه هاروارد، آمدند و واحدهاى A و C را به صورت «صفر»، و واحدهاى T و G را هم به صورت «یک» کدگذارى کردند و اطلاعات‌شان را به خورد DNA دادند. گرچه این روش نسبتاً ساده است؛ اما مشکل‌اش این است که به درد ذخیره حجم عظیمى از اطلاعات نمى‌خورد؛ چراکه وقتى چندین صفر یا یک، پشت سر هم تکرار بشوند، رفته‌رفته احتمال اشتباه شدن واحدهاى A با C، یا G با T و بالعکس هم بالاتر می‌رود و بدین‌ترتیب اطلاعات‌مان هم مخدوش خواهد شد.

ولى تیم دوم دانشمندان، به سرپرستى نیک گولدمن (Nick Goldman)، روش پیچیده‌ترى را به کار بستند؛ به این‌صورت که هر بایت اطلاعات - یا هر هشت صفر و یک – را با یک کلمه‌ی رمز چهارحرفی، که از همان حروف A، C، T و G تشکیل مى‌شد، کدگذاری کردند. در اینصورت احتمال خطا بسیار افت می‌کند و مى‌توان حجم اطلاعات را تا هر اندازه که نیازمان بود، افزایش داد.

گرچه این روش، غنیمت بزرگی براى کتابخانه‌ها و مؤسسات پژوهشى دنیا به حساب می‌آید و می‌تواند کل بایگانى‌شان را درون یک پوست گردو جا بدهد؛ اما فعلاً ذخیره‌سازى هر مگابایت اطلاعات از این طریق، حدود ١٢ هزار و ٤٠٠ دلار هزینه برمی‌دارد و بازخوانی آن هم حدود ٢٢٠ دلار. رقم سرسام‌آورى‌‌ست؛ ولى خب نباید از یاد هم برد که هنوز حدود یک هفته هم از اعلام عمومى این فناوری نمی‌گذرد، و این در حالى‌‌ست که طى ٩ سال گذشته، هزینه بازخوانى و بازنویسى مولکول‌هاى DNA، حدود یک میلیون برابر کمتر شده است. با این حساب، مثلاً در ١٠ سال آینده مى‌‌توان با کمتر از ١٥ دلار، یک فیلم سینمایى را در دو-سه رشته مولکول DNA ذخیره کرد.

منبع: NewScientist

در همین زمینه:

موفقیت دانشمندان در القای حافظه موقت به DNA

توضیح تصویر:

نیک گولدمن، DNA حاوی تمام غزل‌واره‌های شکسپیر به اضافه یک عکس و بخشی از سخنان مارتین لوتر کینگ را در دست دارد / European Molecular Biology Laboratory

کشف ساختار چهارقطبی DNA

arezoo — Thu, 24 Jan 2013 07:33:56 +0000

Steve Connor (استیو کانر)

برگردان:

احسان سنایی

استیو کانر - از وقتی که جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۳ پی به مارپیچ دوپایه DNA بردند، این سازه به‌عنوان نمادی از علم شناخته می‌شود. اما دانشمندان اخیراً متوجه شده‌اند این مارپیچ دوپایه می‌تواند طی رفتار طبیعی‌اش به مارپیچ دیگری شامل چهار پایه هم بدل شود؛ کشفی که نویدبخش روش‌های تازه‌ای از درمان سرطان نیز هست.

این ساختار پیچیده را دانشمندان دانشگاه کمبریج به تأیید نهایی رسانده‌اند –‌‌ همان دانشگاهی که واتسون و کریک ابتدا در آن موفق به کشف DNA شدند. DNA چهارقطبی، ظاهراً در سلول‌هایی که تقسیم سریعی دارند، حضور پررنگ‌تری دارد و لذا می‌توان از آن به عنوان شاخصی برای سرطانی بودن و یا نبودن سلول‌های مربوطه هم بهره برد.

سرپرستی این پژوهش، که گزارش‌اش در شماره اخیر نشریه Nature Genetics انتشار یافت را پروفسور شانکار بالاسوبرامانیان (Shankar Balasubramanian) به عهده داشت که می‌گوید: «این ساختار، کاملاً با مارپیچ دوپایه فرق می‌کند. یک‌جور مارپیچ چهاررشته‌ی‌ زیباست که اطلاعات کمی از آن داریم، اما مطمئنیم که وجود دارد. این DNA چهارقطبی می‌تواند ابزاری برای پیش‌گیری گزینشی از تکثیر سلول‌های سرطانی باشد. اینکه فهمیده‌ایم این [سازه] در سلول‌های بدن وجود دارد، خودش یک شاهکار واقعی‌ست. ما بین مولکول‌ها، و گیر انداختن این سازه‌های چهارقطبی و نیز امکان پیش‌گیری از تکثیر سلول هم خط و ربط‌هایی را دیده‌ایم که خیلی موضوع جالبی‌ست. مطابق این پژوهش، احتمال شکل‌گیری این سازه‌های چهارگانه در سلول‌هایی نظیر تومورهای سرطانی که به سرعت تکثیر می‌شوند، بیشتر است».

کشف مارپیچ دوپایه DNA از بزرگ‌ترین کشفیات تاریخ علم بود، چراکه بنیان درک نحوه گذار بین‌نسلی اطلاعات ژنتیکی و همچنین تأثیرشان بر فرآیندهای بیوشیمیایی بدن را پی ریخت. اگرچه دانشمندان از قبل هم می‌دانستند که DNA می‌تواند تحت شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی به سازه‌های پیچیده بدل شود، اما این نخستین بار است که چنین پدیده‌ای در سلول‌های زنده بدن بروز می‌یابد. به‌گفته دکتر جولی شارپ (Julie Sharp)، مدیر ارشد اطلاعات علمی پژوهشگاه سرطان بریتانیا، که بودجه این پژوهش را تأمین کرده، «۶۰ سال بود که معمای ساختار [DNA] حل شده بود، اما کارهایی نظیر این، نشان می‌دهند که داستان DNA سر دراز دارد».

مولکول غول‌آسای DNA، کل داده‌های اطلاعاتی لازم برای تولید یک انسان، که در رشته‌ای متشکل از چهار واحد شیمیایی یا «جفت‌باز» تحت عناوین C، G، A و T رمزگذاری شده‌اند را شامل می‌شود. این مولکول، سنگ بنای کروموزم‌هاست. پروفسور بالاسوبرامانیان و همکارانش متوجه شده‌اند هر وقت نسبت پایه گوانین، یا جفت‌باز G بیشتر از بقیه است، مارپیچ دوپایه به یک سازه چهارقطبی می‌شکند، که مثل یک گره سفت در ساختار مولکول DNA می‌ماند.

وقتی دانشمندان از مولکول‌های شبه‌مخدّر برای گیرانداختن این سازه‌های چهارقطبی استفاده کردند، متوجه شدند این مولکول‌ها هم می‌توانند در فرآیند تقسیم سلولی نقش ایفا کنند و لذا مارپیچ چهارقطبی، به نحوی با روند تکثیر سلولی – و همچنین تکثیر افسرگسیخته‌ای که در تومورهای سرطانی دیده می‌شود – نیز مربوط است.

به گفته پروفسور بالاسوبرامانیان، «ما فهمیدیم که با مهار DNA چهار قطبی از طریق مولکول‌های ترکیبی می‌شود آن‌ها را تفکیک، و ثباتشان را تضمین کرد؛ به‌طوری که بتوان رهنمودهای مهمی را در خصوص نحوه سرکوب تقسیم سلولی از آن‌ها به دست آورد. چیزهای زیادی‌ست که نمی‌دانیم. از یک طرف امکان دارد این سازه‌های چهارقطبی، مثل گره‌های توبرتو، حین تقسیم DNA ایجاد مزاحمت کنند [...] اینکه هم‌اینک امکان تشخیص سلول‌های خاص میزبان ژن‌های حاوی این نقش‌مایه‌ها وجود دارد – آن‌هم سلول‌هایی که در قیاس با سلول‌های معمولی، ظاهراً حساسیت بیشتری به دخالت بیرونی نشان می‌دهند – اتفاق نویدبخشی‌ست».

منبع: The Independent

در همین زمینه:

نخستین عکس مستقیم از مولکول DNA منتشر شد

DNAهای بی‌فایده هم مفیدند

موفقیت دانشمندان در القای حافظه موقت به DNA

توضیح تصویر:

نقاشی‌ای با عنوان «زنده با رمز»، اثر آنی نیومن که در دفتر کار پروفسور بالاسوبرامانیان قرار دارد و نشانگر یک DNA چهارقطبی‌ست.

نخستین عکس مستقیم از مولکول DNA منتشر شد

arezoo — Sat, 01 Dec 2012 22:39:13 +0000

الی مک‌کینون (Eli MacKinnon)

برگردان:

احسان سنایی

الی مک‌کینون - پنجاه و نه سال بعد از آنکه جیمز واتسون و فرانسیس کریک پی به ساختار مارپیچی مولکول DNA بردند، انزو دی‌فابریزیو (Enzo Di Fabrizio)، استاد فیزیک دانشگاه ماگنا گراسیای ایتالیا موفق شد اولین عکس مستقیم از این نردبان مارپیچ حیات را، به کمک یک میکروسکوپ الکترونی تهیه کند.

تا پیش از این، دانشمندان صرفاً از طریق روش‌های غیرمستقیمْ این مولکول را دید می‌زدند؛ و کشف آن هم با روشی موسوم به بلورنگاری پرتو-ایکس انجام گرفته بود؛ یعنی روشی که در آن، نحوه برخورد پرتوهای ایکس به قسمت‌های مختلف جسم هدف، برای بازسازی ساختار کلی آن جسم به کار می‌رود.

اما دی‌فابریزیو و همکارانش، روش منحصربفردی را برای تماشای مستقیم DNA پی گرفتند. آن‌ها نخست محیطی مملو از نانوستون‌های سیلیکونی ِ ضدآب ساختند و بعد، محلولی حاوی رشته‌های مجزای DNA را در آن ریختند تا آب‌اش فوراً تبخیر شود و فقط رشته‌های DNA، به‌شکل طناب‌های کشیده‌ای بین ستون‌ها گیر بیفتند. سپس این دانشمندان از طریق حفره‌هایی که در بستر صحنه تعبیه کرده بودند، پرتوهای الکترونی را به رشته‌ها شلیک کرده و عکس‌های باکیفیتی از این مولکول‌های گیرافتاده تهیه کردند.

نانوستون‌های سیلیکونی ِ به‌کاررفته جهت عکسبرداری: خط سفیدرنگی که بین دو ستون دیده می‌شود، رشته‌ای از مولکول‌های DNA، بر فراز حفره‌ای‌ست که الکترون‌های میکروسکوپ از طریق آنْ کار عکسبرداری را صورت دادند.

در واقع عکس‌های دی‌فابریزیو، نه یکی‌-دو مولکول DNA، بلکه رشته‌ای از چندین DNA درهم‌تنیده را نشان می‌دهند؛ چراکه در غیراینصورت انرژی الکترون‌های ارسالی، برای تخریب نردبان DNA و بر هم زدن صحنهْ کفایت می‌کرد. اما دی‌فابریو اعتقاد دارد که به کمک تجهیزات حساس‌تر و الکترون‌های کم‌انرژی‌تر می‌شود عکس‌هایی از یک رشته‌ی منفردِ این مولکول را هم تهیه کرد.

مولکول‌های «دَزوکسی ریبونوکلوئیک اسید»، یا به اختصار DNA، حامل دستورالعمل رشد و کارکرد کل موجودات زنده‌اند. ابتکار دی‌فابریزیو دانشمندان را قادر می‌کند که به فعل و انفعالات مابین این مولکول و بعضی از دیگر اجزای بنیادین حیات، همچون مولکول‌های RNA (ریبونوکلوئیک اسید)، مستقیماً بنگرند. گزارشی از نتیجه تحقیقات دی‌فابریزیو در نشریه علمی NanoLetters منتشر شده است.

منبع: Life’s Little Mysteries

در همین زمینه:

DNAهای بی‌فایده هم مفیدند

موفقیت دانشمندان در القای حافظه موقت به دی‌ان‌آ

توضیحات تصاویر:

۱ - نخستین عکس مستقیم از ساختار مارپیچی مولکول DNA. خط سیاه‌رنگی که در تصویر بزرگ‌تر دیده می‌شود، رشته‌ای از مولکول‌های در‌هم‌تنیده DNA، و عکس کوچک‌تر، نمایی نزدیک از نحوه چینش آنهاست / انزو دی‌فابریزیو

۲ - دورنمایی از نانوستون‌های سیلیکونی ِ به‌کاررفته جهت عکسبرداری از مولکول‌های DNA. خط سفیدرنگی که بین دو ستون دیده می‌شود، رشته‌ای از مولکول‌های DNA، بر فراز حفره‌ای‌ست که الکترون‌های میکروسکوپ از طریق آنْ کار عکسبرداری را صورت دادند / انزو دی‌فابریزیو