میخوام یه خبر جالب از دنیای علمی رو برات تعریف کنم که همونقدر که عجیبه، حسابی به درد فهمیدن بدنمونم می‌خوره! شاید شنیده باشی که DNA، همون مولکول معروف که اطلاعات ژنتیکی ما رو مثل یه کتاب ضخیم تو خودش داره، همیشه تو سلول در حال پیچ‌خوردن، باز شدن، یا کپی شدنه! اما اخیراً دانشمندها متوجه شدن یه سری پیچ‌و‌تاپ خاص توی این مولکول هست که قبلاً اونا رو به اشتباه “گره” میدونستن، ولی در واقع چیز دیگه‌ای بوده.
قبل از هرچیز، یادت باشه DNA یه زنجیره خیلی ظریف و بلند از چهار تا “حرف” مختلفه: A, T, C, G. حالا برای اینکه بتونن سریع و ارزون توالی این حروف رو بخونن، پژوهشگرها از ابزاری به اسم نانوپور استفاده میکنن. نانوپور یعنی یه سوراخ کوچولو انقدر باریک که فقط یه رشته DNA بتونه ازش رد بشه. هر وقت DNA از این سوراخ رد میشه، جریان برق اون نقطه تغییر میکنه و با توجه به نوع حرفش (A، T، C یا G) این تغییر الکتریکی فرق داره.
تا همین چند وقت پیش، اگه موقع رد شدن یه قسمتی از DNA، جریان برق یک دفعه کند یا تیز میشد، فکر میکردن یعنی اونجا یه گره افتاده تو زنجیر DNA! اما الان، تو یه مطالعه جدید نشون دادن که این ضعف یا افزایش ناگهانی جریان، میتونه نشونه یه ساختار طبیعی به نام “پلکتونم” باشه. پلکتونم یعنی حلقه‌هایی که وقتی DNA تحت فشار پیچ می‌خوره، خودش میسازه، درست مثل اینکه DNA شبیه یه فنر مارپیچی پیچیده بشه. اصطلاح “پلکتونم” رو اینطوری راحت‌تر بگم: یعنی یه جور پیچوتاب که با گره فرق داره. گره مثل یه چفت سفت و کور توی نخ می‌مونه، ولی پلکتونم بیشتر شبیه فنر یا سیم تلفنه که خودش رو تاب داده.
دکتر اولریخ کیسر، فیزیکدان دانشگاه کمبریج و نویسنده این تحقیق، توضیح داده که حتی اگه این دو تا (گره و پلکتونم) تو داده‌های نانوپور خیلی شبیه هم باشن، ولی شکل و نوعشون کلی فرق میکنه. مثلاً گره‌ها خورد و جمع‌و‌جورن اما پلکتونم‌ها بزرگ‌تر و شُل‌تر هستن.
اونا اومدن یه رشته DNA رو توی محلول شور با pH بالا انداختن و از این نانوپورها عبورش دادن. این محلول باعث نوعی جریان به اسم “جریان الکترو-اوزموتیک” شد. یعنی چی؟ یعنی محلول باعث میشه هنگام عبور DNA از سوراخ، رشته DNA شروع کنه به چرخیدن دور خودش. این چرخیدن اونقدر قوی بود که بازم باعث حلقه شدن و پیچیدن (یا همون پلکتونم شدن) شد! بعد دانشمندها روش ولتاژ هم گذاشتن تا DNA راحت‌تر از نانوپور رد بشه و بهتر بتونن تغییرات جریان الکتریکی رو اندازه بگیرن.
یه نکته جالب اینجاست: تو این مقیاس نانو، یعنی تو دنیایی که همه‌چی خیلی کوچیکه، DNA انگار تو عسل داره شنا میکنه، یعنی همه‌چی خیلی چسبناکه! همین باعث میشه فشار وارده باعث حرکات مارپیچی و فنری توی DNA بشه.
حالا دانشمندها اومدن هزاران بار این کار رو تکرار کردن و دیدن وقتی ولتاژ رو زیادتر میکنن، پلکتونم‌ها زیاد میشن، چون نیروی پیچشی (تورک) بیشتره. جالبه که گره‌ها اندازه‌شون کوچولوتره (حدود ۱۴۰ نانومتر) درحالی که پلکتونم‌ها بزرگ‌ترن (حدود ۲۱۰۰ نانومتر).
برای یه آزمایش دیگه، یه تغییر کوچیک تو یکی از رشته DNA ایجاد کردن – به این کار میگن “نیک”، یعنی یه بریدگی ریز توی یکی از رشته‌ها. این کار باعث شد DNA راحت‌تر بتونه خودش رو بچرخونه و فشارش رو خالی کنه و بنابراین پلکتونم کمتر تشکیل شد. پس خب معلوم شد دلیل اصلی ساختن این حلقه‌های فنری، فشار پیچشی توی مولکول DNA هست.
کیسر میگه وقتی تونستن چرخش DNA رو کنترل کنن، دیدن تعداد این پلکتونم‌ها رو میشه تغییر داد! خیلی عجیبه نه؟
البته نانوپور و دنیای آزمایشگاهی خیلی با سلول واقعی فرق داره، اما احتمالاً این مدل حلقه‌ها توی فرایندهای طبیعی مثل رونویسی و همانندسازی تشکیل میشن. حالا رونویسی چیه؟ رونویسی یعنی همون وقتی که کد DNA رو یه مولکول دیگه به اسم RNA می‌نویسه و می‌بره برای استفاده داخل سلول. همانندسازی هم یعنی وقتی کل DNA قبل از تقسیم سلول، دوتا میشه.
تو این تحقیق کیسر میگه این فشارهای پیچشی تو DNA حتی میتونه باعث ساختن انواع خاص گره‌ها مثل i-motif و G-quadruplex هم بشه! (این دوتا ساختارهای عجیب و جالب DNA هستن که نقش خیلی مهمی تو بیان ژن‌ها دارن.)
شاید باورت نشه اما DNA با وجود اینکه خیلی سفت و محکمه (۱۰ تا ۱۰۰ برابر سفت‌تر از سوراخ نانوپور!) وقتی بهش فشار وارد بشه خم میشه و رد میشه! یکی از فیزیکدان‌ها به نام اسلاون گاراج که در این پروژه نبود، میگه ممکنه آینده بتونیم فرق تورک‌هایی رو که تو آزمایشگاه ساختیم از اونایی که توی خود DNA از قبل بوده جدا کنیم. این خیلی میتونه به فهمیدن کنترل ژن‌ها توسط این گره‌ها و حلقه‌ها کمک کنه.
خلاصه ببین، DNA ما فقط یه خط کد ساده نیست. توی خودش کلی پیچوتاب طبیعی داره که همین‌ها میتونن تأثیر زیادی روی کارکرد ژن‌هامون بذارن – و هرکدوم از این حلقه‌ها میتونه یه رمز جدید و عجیب تو دنیای ژنتیک باشه!
منبع: +
