მეცნიერებმა ისტორიაში ყველაზე პატარა ანტენა შექმნეს — სულ რაღაც ხუთი ნანომეტრის სიგრძის. ყველა ჩვენგანისთვის კარგად ნაცნობი მისი გაცილებით დიდი თანამოძმისგან განსხვავებით, ეს მინიატურული საგანი რადიოტალღების გადაცემისთვის არ შეუქმნიათ, მისი მიზანი მუდმივად ცვალებადი ცილების საიდუმლოთა მოპოვებაა.
ეს ნანოანტენა დნმ-ისგან არის დამზადებული, ადამიანის თმაზე დაახლოებით 20 000-ჯერ წვრილი მოლეკულებისგან, რომლებიც გენეტიკურ ინსტრუქციებს შეიცავენ. ამავე დროს, ანტენა მანათობელია, ანუ, ინფორმაციის ჩასაწერად და უკან გადმოსაცემად სინათლის სიგნალებს იყენებს.
სინათლის ამ სიგნალების გამოყენება შესაძლებელია რეალურ დროში ცილების მოძრაობისა და ცვლილების შესასწავლად.
ამ განსაკუთრებული ანტენის ინოვაციური ნაწილი ის არის, რომ მისი მიმღები ნაწილი ასევე გამოიყენება იმ ცილის მოლეკულური ზედაპირის აღსაქმელად, რომელსაც ის სწავლობს. შედეგად კი მიიღება განსხვავებული სიგნალი, როდესაც ცილა თავის ბიოლოგიურ ფუნქციას ასრულებს.
„ორმხრივი რადიოს მსგავსად, რომელსაც რადიოტალღების მიღებაც შეუძლია და გაგზავნაც, ფლუორესცენციური (მანათობელი) ნანოანტენა სინათლეს, ანუ ტალღის სიგრძეს ერთ ფერში იღებს, მის მიერ აღქმული ცილის მოძრაობიდან გამომდინარე კი, სინათლეს უკან სხვა ფერში გადასცემს, რისი დაფიქსირებაც შეგვიძლია“, — ამბობს მონრეალის უნივერსიტეტის ქიმიკოსი ალექსი ვალე-ბელისლი.
კონკრეტულად, ანტენის სამუშაოს წარმოადგენს ცილებში დროთა განმავლობაში მომხდარი ცვლილებების გაზომვა. ცილები დიდი, კომპლექსური მოლეკულებია, რომლებიც ორგანიზმში ყველა სახის ძირითად ამოცანას ასრულებენ, იმუნური სისტემის მხარდაჭერით დაწყებული, ორგანოთა ფუნქციის რეგულირებით დამთავრებული.
თუმცა, რადგან ცილები თავიანთ სამუშაოს შესრულებას ჩქარობენ, მათ სტრუქტურაში მუდმივად ხდება ცვლილებები, ცილების დინამიკის სახელით ცნობილი ძლიერ კომპლექსური პროცესებით მდგომარეობიდან მდგომარეობაში გადასვლა. ცილების დინამიკის მოქმედებაში დაკვირვების კარგი ხელსაწყოები ამჟამად არ გაგვაჩნია.
„ცილების გარდამავალი მდგომარეობის ექსპერიმენტული კვლევა მთავარ გამოწვევად რჩება მაღალი სტრუქტურული რეზოლუციის მეთოდების გამო, მათ შორის ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული და რენტგენული კრისტალოგრაფიის, რადგან ხშირად შეუძლებელია, ისინი პირდაპირ მოარგო ცილების ხანმოკლე მდგომარეობებს“, — წერს მკვლევართა ჯგუფი პუბლიკაციაში.
დნმ-ის სინთეზის უახლეს ტექნოლოგიას, რომელზე მუშაობაც უკვე 40 წელია მიმდინარეობს, შეუძლია წარმოქმნას სხვადასხვა სიგრძეებისა და მოქნილობების ინდივიდუალური ნანოსტრუქტურები, რომლებიც მორგებულია მათ საჭირო ფუნქციათა შესრულებაზე.
ერთი უპირატესობა, რაც ამ სუპერპატარა დნმ ანტენას ანალიზის სხვა მეთოდებისგან გამოარჩევს, არის ის, რომ შეუძლია ცილების ძალიან ხანმოკლე მდგომარეობათა დაჭერა. მკვლევართა განცხადებით, ამის გამო მას უამრავი პოტენციური გამოყენება აქვს, როგორც ბიოქიმიასა და ნანოტექნოლოგიებში, ისე ზოგადად.
„მაგალითად, პირველად ისტორიაში, რეალურ დროში შევძელით დაგვეფიქსირებინა ტუტე ფოსფატაზა ფერმენტის ფუნქცია სხვადასხვა ბიოლოგიურ მოლეკულებთან და პრეპარატებთან. ეს ფერმენტი მრავალ დაავადებაშია ჩართული, მათ შორის, სხვადასხვა სახის კიბოსა და კუჭ-ნაწლავის ანთებაში“, — ამბობს მონრეალის უნივერსიტეტის ქიმიკოსი სკოტ არუნი.
დიზაინის „უნივერსალურობის“ შემოწმებისას, მკვლევართა ჯგუფმა მათ მიერ შექმნილი ანტენა წარმატებით გატესტა სამ სხვადასხვა მოდელ ცილაზე — სტრეპტავიდინზე, ტუტე ფოსფატაზაზე და ცილა G-ზე; თუმცა, წინ კიდევ მრავალი პოტენციალია და ახალი ანტენის ერთ-ერთი უპირატესობა მისი მრავალმხრივობაა.
„ნანოანტენების გამოყენება შესაძლებელია სხვადასხვა ბიომოლეკულური მექანიზმების რეალურ დროში დაკვირვებისთვის, მათ შორის, მცირე და დიდ კონფორმაციულ ცვლილებებზე — პრინციპში, ნებისმიერ მოვლენაზე, რომელსაც შეუძლია, გავლენა მოახდინოს საღებავის ფლუორესცენციურ გამოსხივებაზე“, — წერენ მკვლევრები.
დნმ სულ უფრო და უფრო პოპულარული ხდება, როგორც სამშენებლო ბლოკი, რომლის სინთეზირებითა და მანიპულირებით შეგვიძლია შევქმნათ ამ კვლევაში წარმოდგენილი ანტენის მსგავსი ნანოსტრუქტურები. დნმ-ის ქიმიის დაპროგრამება შედარებით მარტივია, ერთხელ პროგრამირების შემდეგ კი მარტივი გამოსაყენებელია.
„ყველაზე მეტად იმით ვართ აღფრთოვანებული, რომ ჩვეულებრივი სპექტროფლუორიმეტრით აღჭურვილ ყველა ლაბორატორიას ადვილად შეუძლია გამოიყენოს ეს ნანოანტენები სხვადასხვა მიზნით — თავიანთ ფავორიტი ცილების შესასწავლად, რათა შექმნან ახალი პრეპარატები ან ნანოტექნოლოგიები“, — ამბობს ალექსი ვალე-ბელისლი.
კვლევა Nature Methods-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია nouvelles.umontreal.ca-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
