راهپیمایی ربات‌ها در مسیر ملکول‌های انسان

یک ملکول DNA با ساختار مارپیچ مضاعف متشکل از 4 باز آلی است که دوبه‌دو در امتداد یک ساختمان نردبانی جفت شده‌اند. با جدا شدن و گشایش DNA یک?طرف رشته باقی می‌ماند که با جفت شدن و چسبیدن بازهای آلی، این رشته نردبانی از نو همانندسازی می‌شود. به عبارتی این مسیر می‌تواند بیشتر شبیه دندانه‌ها در یک مکانیسم گردش منظم و خودکار چرخ‌های ساعت استفاده شود. زمانی که یک چرخ‌دنده به حول دندانه‌ها حرکت می‌کند، نوعی شبکه درهم‌تنیده فراهم می‌شود. در این میان، با استفاده از رشته‌هایی که با توالی‌های حاضر در این مسیر برابری و مطابقت می‌کنند، ربات می‌تواند برای راه رفتن، گردش به چپ یا راست مهیای عمل شود و این در حالی است که ربات به لحاظ زیستی ـ شیمیایی به فاز بعدی همتاسازی یا پله بعدی رشته نردبانی جذب می‌شود. پیکره این نانوربات عنکبوتی متشکل از پروتئینی عادی موسوم به استرپتاویدین است.

اما اجزای متصل شده به پیکره اصلی ربات عنکبوتی، 3 واحد پا مانند از آنزیم‌های تک‌رشته‌ای DNA هستند که به زنجیره مخصوصی از ملکول DNA ابتدا متصل و سپس جدا می‌شوند. در این بین پای چهارم ربات نیز عبارت از یک رشته است که برای عنکبوت نقش لنگر و مهاری را برای نقطه شروع سفرش ایفا می‌کند. مکانیسم کارکرد این نانوربات عنکبوتی براساس توضیح محققان به این‌گونه است که پس از آن که عملیات رهاسازی ربات از موقعیت شروع اولیه توسط یک رشته رهاساز صورت می‌گیرد، ربات با مکانیسم چسبیدن و سپس بریدن رشته‌های DNA مسیر حرکتی خود را دنبال می‌کند.

یعنی به مجرد این که رشته قطع می‌شود، پای مزبور اقدام برای رسیدن به پله بعدی مطابقت‌سازی ملکول DNA در مسیر را آغاز می‌کند. به این ترتیب عنکبوت به سمت انتهای مسیری که توسط محققان وضع شده است، راهنمایی و هدایت می‌شود. سرانجام نیز ربات با قطعه وصله‌مانندی از DNA مواجه می‌شود که برای آن می‌تواند عمل پیوند دادن را صورت دهد؛ اما قادر به قطع‌کردن رشته نیست. زمانی که نانوربات عنکبوتی در این نقطه از ماموریت خود واقع می‌شود، از جنبش و حرکت باز ایستاده و ثابت می‌شود.

محققان معتقدند مشاهده این که عنکبوت رباتیک، هنر خود را به نمایش می‌گذارد، به‌خودی‌خود چالشی فنی به شمار می‌رود. در همین رابطه، محققان از تکنیکی موسوم به میکروسکوپی نیروی اتمی و میکروسکوپی فلورسانس تک‌ملکولی استفاده کردند که نشان می‌دهد این ربات‌های ملکولی 4 مسیر حرکتی مختلف را دنبال می‌کنند.

ربات‌های ملکولی، توجه و علاقه‌مندی فراوانی را به سوی خود جلب کرده‌اند و این مهم به واسطه وجود کشش و جاذبه فوق‌العاده‌ای است که در فرآیند برنامه‌ریزی آنها برای ایجاد حس دریافت محیط پیرامونشان و همچنین واکنش نشان دادن به آن به چشم می‌خورد. به عنوان مثال آنها می‌توانند نشانگرهای بیماری روی یک سطح سلولی را ثبت کرده و به خاطر بسپارند. می‌توانند تصمیم بگیرند که سلول سرطانی است و نیاز به فرآیند تخریب و نابودی دارد و در همین راستا، ماموریت انتقال و تحویل ترکیبی از پیش منظور شده برای کشتن آن را به انجام برسانند.

ارائه نسخه جدید نانوربات‌های راهپیما و از جمله DNA بنیان در حالی است که هائو یان، دانشیار دانشگاه ایالتی آریزونا و از محققان پیشرو در این زمینه خاطرنشان می‌سازد در گذشته نیز ربات‌های راهپیمای DNA توسعه‌یافته بوده‌اند؛ اما مدل‌های سابق هیچ‌گاه جسارت ماموریتی مخاطره‌آمیز و حساس تا این حد را بیشتر از چند گام و مرحله معدود نداشته‌اند.

به اعتقاد وی، این نسخه جدید می‌تواند در حدود 100?نانومتر گام‌برداری کند که در نوع خود معادل 50 گام در مسیرهای ریسک‌آمیز و حساسی از قبیل ماموریت‌های ملکولی DNA به حساب می‌آید.

اما چالش بعدی یا فاز آتی، بهره‌برداری و برنامه‌ریزی محققان برای این ربات ملکولی این است که چگونه می‌توان سرعت راهپیمایی نانوعنکبوت مورد نظر را افزایش داد و دیگر این که چگونه می‌توان قابلیت برنامه‌ریزی افزون‌تری را برای آن رقم زد، به نحوی که بتواند از فرامین بیشتری در مسیر کارکردی خود پیروی کرده و قدرت تصمیم‌گیری بیشتری پیدا کند. این دستور کار و برنامه‌ریزی برای آینده نانوربات عنکبوتی DNA در حالی از سوی محققان مطرح می‌شود که در پژوهش جداگانه‌ای که گزارش آن در نشریه نیچر منتشر شده، گروه محققانی از دانشگاه نیویورک اعلام کرده‌اند که قادر به بردن ربات‌های ملکولی به خط تولید و به بیانی، راه‌اندازی خط مونتاژ نانومقیاس هستند.

ربات‌های راهپیمای DNA در گذشته 3 نوع از ماشین‌های DNA را به حرکت درمی‌آوردند که محموله‌ای از نانوذرات طلا برایشان کارسازی می‌شد و از 3?واحد دست مانند که کار چنگک و قلاب را انجام می‌داد، بهره می‌جستند؛ اما اکنون سایر محققان نیز معترفند این برای نخستین بار است که سامانه‌هایی از نانوماشین‌ها، بیشتر از آنچه ادوات و تجهیزات خاص برای به انجام رساندن عملیات مختلف و ماموریت‌های اعمال جراحی مورد استفاده واقع می‌شدند، موفق می‌شوند تا پیشرفتی تعیین‌کننده و شاخص را در تکامل و توسعه فناوری DNA رقم زده و ظهور رویکردهای سلامت‌محور و درمان‌های حیاتی با اساس ملکولی را بیش از پیش نوید دهند.