التقنية النانوية للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين: الفرق بين النسختين

ط
تدقيق إملائي وتنسيق
ط (تدقيق إملائي وتنسيق)
{{تقنية النانو}}
تمثل '''تقانة الدنا النانوية''' أحد فروع [[تقانة نانوية| تقانة الصغائر]] التي تعتمد على مجموعة سمات [[تعرف جزيئي| التعرف الجزيئي]] {{إنج| molecular recognition}} [[دنا| للحمض النووي (دنا)]] بالإضافة إلى باقي [[حمض نووي| الأحماض النووية]] بهدف تصنيع هياكلٍ اصطناعيةٍ مصممةٍ من الدنا ليتم استخدامها بعد ذلك في الأغراض التقنية المختلفة. مما يدعونا إلى معرفة أن الدنا يُستَخْدَمُ هنا كمادةٍ بنائيةٍ بدلاً من كونه مجرد حاملٍ وناقلٍ للمعلومات الوراثية، مما يجعل ذلك العلم أحد أمثلة [[علم الاحياء النانوي]]. ولتقانة الدنا الحيوية تطبيقاتٍ عدةٍ في مجال [[تجميع ذاتي جزيئي| التجميع الذاتي الجزيئي]] و[[ حوسبة الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين| حوسبة الدنا]].
 
فعلى الرغم من أن الدنا غالباً ما يُعتبر ناقل وحامل [[علم الوراثة| المعلومات الوراثية]] في [[خلية| الخلايا]] الحية في إطار [[علم الأحياء الجزيئي]]، فإن تقانة الدنا الجزيئية تهتم بالدنا فردياً كمادةٍ وكمركبٍ كيميائيٍ، وغالباً ما تتبعه خارج أي إطارٍ حيويٍ. ومن ثم، فتقانة الدنا الجزيئية تستفيد من حقيقة أنه بسبب خصوصية [[زوج قاعدي| زوج]] واتسون كريك [[زوج قاعدي| القاعدي]]، فإن أجزاءً وقطعاً فقط من ضفائر الدنا، والتي تُعَدُ تكميليةً لكلٍ منها الآخر، سترتبط بكلٍ منها الأخرى بهدف تشكيل [[حلزون حمض نووي مزدوج| حلزون الدنا المزدوج]] {{إنج| Nucleic acid double helix}}. هذا ويحاول علم تقانة الدنا النانوي [[تصميم الحمض النووي| تصميم نسبياً]] {{إنج| Nucleic acid design}} ضفائر الدنا ومن ثم فالقطع المرغوبة فقط من كل ضفيرةٍ ستتجمع في الأماكن الصحيحة لتكوين هيكلاً مستهدفاً مرغوباً.
 
هذا ويبد أن هذا المجال يُطلق عليه اسم (تقانة الدنا النانوية)، إلا أن مبادئه تنطبق كذلك وبصورةٍ متكافئةٍ على الأحماض النووية الأخرى والتي منها [[حمض ريبي نووي| الحمض الريبي النووي]] و[[حمض ببتيد نووي| حمض الببتيد النووي]] {{إنج| Peptide Nucleic Acid}}، هذا بالإضافة إلى أنه تم إنتاج هياكلٍ وبناياتٍ تدمجهم معاً. مما دعى إلى الإشارة إلى هذا المجال على أنه '''تقانة الحمض النووي النانوية''' جراء ذلك السبب.
 
==مفاهيم أساسية==
 
[[Image:DNA chemical structure.svg|thumb|right|250px| التركيب الكيميائي للدنا. حلزونين مزدوجين للحمض النووي سيتشكلان فقط فيما بين ضفيرتين إثنتين من التسلسلات المتكاملة، حيث تتماثل [[قاعدة نووية| القواعد النووية]] {{إنج| Nucleobase}} فقط فيما بين أزواج A-T وG-C.]]
 
يقوم مجال تقانة الدنا النانوية بإنتاج هياكلٍ مركبةٍ من الأحماض النووية من خلال الاستفادة من خصوصية [[زوج قاعدي| الزوج القاعدي]] لجزيئات الحمض النووي. وتتكون بنية جزيء الحمض النووي من سلسلةٍ من [[نوكليوتيد| النيكلوتيدات]]، المتميزة بالقواعد النووية التي تحتوي عليها. حيث تكون الأربع قواعدٍ النيتروجينيةٍ المستخدمة في حمض الدنا النووي [[أدينين| الأدينين]] A ، [[غوانين| الغوانين]] G، [[ثيمين|الثيمين]] C و[[سيتوزين|السيتوزين]] T. كما أن للحمض النووي خاصية أن كل جزيئين إثنين يرتبطان بكلٍ منهما الآخر لتشكيل [[جلزون مزدوج| حلزونٍ مزدوجٍ]] {{إنج| double helix}}، وذلك فقط في حالة كون هاتين السلسلتين [[تكامل (أحياء جزيئية)|متكاملتين]] {{إنج| Complementarity (molecular biology)}}، مما يعني أنهما تشكلان سلاسلاً متطابقةً من الأزواج القاعدية، مع ارتباط قواعد الأدينين فقط إلى قواعد السيتوزين وقواعد الثيمين إلى قواعد الغوانين. وبسبب أن تكون أزواج قاعدية متطابقة تماماً [[ديناميكا الحمض النووي الحرارية| مواتيةٌ بقوةٍ]] {{إنج| Nucleic acid thermodynamics}}، فمن المتوقع أن ترتبط ضفائر الحمض النووي ببعضها الآخر في التعديل الخاص بتضخيم عدد الأزواج القاعدية الصحيحة. كما تُستخدم تلك الخاصية، الخاصة بكون تلك السلسلة تحدد شكل الرابطة والبنية الكاملة، في تطبيقات تقانة الدنا النانوية بمثل تلك التسلسلات [[تصميم الحمض النووي| المصممة نسبياً]] {{إنج| Nucleic acid design}}، مما يسفر عن القابلية لتشكيل بنيةٍ مرغوبةٍ.
 
تستخدم كل هياكل تقانة الدنا النانوية تقريباً هياكل الدنا المتفرعة المحتوية على تقاطعاتٍ، وذلك تعارضاً مع غالبية الدنا الحيوي المتواجد في صيغة [[حلزون حمض نووي مزدوج| حلزون الدنا المزدوج]] {{إنج| Nucleic acid double helix}} الخطية. وهنا نلاحظ أن واحداً من أبسط الهياكل المتفرعة، والتي صُنِعَت أولاً، هو تقاطع رباعي الأذرع والذي يمكن صناعته باستخدام ضفائر الحمض النووي (دنا) الفردية والتي تتسم بأنها متكاملة مع بعضها الآخر في النموذج الصحيح. هذا وعلى خلاف ما هو قائمٌ في حالة [[تقاطع هوليداي| تقاطعات هوليداي]] {{إنج| Holliday junction}}، فإن [[سلسلة الحمض النووي| التسلسل القاعدي]] {{إنج| Nucleic acid sequence}} في كل ذراعٍ، في حالة التقاطع رباعي الأذرع الصناعي غير المتحرك والموضح بالأسفل، يكون مختلفاً عن الآخر، مما يعني أن نقطة هذا التقاطع ثابتةٌ في موقعٍ محددٍ.
 
هذا ويمكن استخدام التقاطعات في الجزيئات الأكثر تعقيداً. حيث أن واحداً من أكثر تلك الجزيئات واسعة الاستخدام يتمثل في "التقاطع المزدوج" أو حافز دي إكس (DX). فيمكن تخيل جزيء دي إكس (DX) على أنه مكون من حلزونين إثنين من الدنا، المتوازيين مع بعضهما الآخر، مع وجود نقطتين للتقاطع حيث تعبر الضفائر من حلزونٍ واحدٍ إصوب الآخر. ويلاحظ أن كل نقطة تقاطعٍ هي نفسها عبارة عن تقاطعٍ رباعي الأذرع طوبوغرافياً. ويتسم هذا الجزيء بميزة أن نقاط التقاطع يتم إعاقتها الآن صوب توجهٍ فرديٍ، حيث يتم معارضتها لتصبح مرنةً كما هو الحال في حالة التقاطع رباعي الأذرع. مما يجعل حافز دي إكس (جزيء دي إكس) ملائماً كحاجزٍ بنائيٍ تركيبيٍ لتركيبات الحمض النووي (دنا) الأضخم حجماً. <ref name="Seeman-sciam"/>
{{-}}
<center>
{|
|
[[Image:Mao-4armjunction-schematic.png|thumb|250px| ترتبط هذا الضفائر الأربع في تقاطع الدنا رباعي الأذرع بسبب أن هذا الهيكل يُضَخِّم عدد [[زوج قاعدي| الأزواج القاعدية]] الصحيحة، وذلك مع تطابق [[أدينين| الأدينين]] C مع [[سيتوزين|السيتوزين]] T، و تطابقوتطابق [[ثيمين|الثيمين]] C مع [[غوانين| الغوانين]] G. مصدر الصورة: ماو 2004. <ref name="Mao04"/>]]
|
[[Image:Mao-DX-schematic-2.jpg|thumb|300px| جزيء التقاطع المزدوج (DX). يتكون هذا الجزيء من خمسة ضفائر [[دنا]] فرديةٍ والتي تشكل نطاقين حلزونيين مزدوجين، على اليسار واليمين في الصورة. هذا وتوجد نقطتين للتقاطع حيث تعبر الضفائر من نطاقٍ إلى النطاق الآخر. مصدر الصورة: ماو 2004.<ref name="Mao04">{{cite journal |last=Mao |first=Chengde |authorlink= |year=2004 |month=December |title=The Emergence of Complexity: Lessons from DNA |journal=[[PLoS Biology]] |volume=2 |issue=12 |pages=2036–2038 |issn=1544-9173 |pmid=15597116 |pmc=535573|doi=10.1371/journal.pbio.0020431}}</ref>]]
 
== التصميم==
يجب أن يتم تصميم هياكل الدنا النانوية حتى يتسنى لها أن تتجمع في الهياكل المرغوبة. ويتضمن هذا كلاً من تصميم [[هيكل الحمض النووي الثانوي| هياكل الحمض النووي الثانوية]] {{إنج| Nucleic acid secondary structure}}، الخاص بتقرير وتحديد أي الأجزاء التي منها يجب أن يتم ربط جزيئات الحمض النووي ببعضها البعض، وكذلك [[هيكل الحمض النووي الأولي| هياكل الحمض النووي الأولية]] {{إنج| Nucleic acid primary structure}}، والخاص بتحديد هوية كل قاعدةٍ مفردةٍ.
 
===التصميم التركيبي===
* '''تقلص التماثل المتسلسل'''. حيث يركز غالبية التصميم في تقانة الدنا النانوية على تصميم سلاسل ومن ثم تكون البنية أو الهيكل المرغوب الوصول إليه هو عبارةٍ عن تدنٍ ديناميكيٍ حراريٍ، وتكون الهياكل التي أُسيء تجمعها ذات طاقاتٍ أعلى ومن ثم تكون غير مرغوبةٍ.
 
* '''الهياكل الملفوفة'''. لعل أحد المداخل البديلة للمنهجية البلاطية يتمثل في أن هياكل الدنا ثنائية الأبعاد يمكن إنتاجها من خلال ضفيرةٍ طويلةٍ مفردةٍ من التسلسل الجبري الذي يتم طيه أو لفه في الشكل المرجو بواسطة استخدام ضفائرٍ "مشبكيةٍ" أقصرٍ طولاً. مما يسمح بعد ذلك بإنتاج أشكالٍ ثنائية الأبعاد نانوية المقياس من خلال استخدام [[دنا| حمض الدنا النووي]]. وتضمنت التصاميم الموضحة [[سميلي| الوجه المبتسم (سميلي)]] و[[خريطة]] [[شمال أمريكا]] التضاريسية غير المستوية. فقد كانت [[أوريغامي الدنا]] {{إنج| DNA origami}} قصة غلاف الدورية العلمية [[نيتشر (دورية)| ''نتيتشر'']] في عددها الصادر في 15 من مارس 2006 م. <!--
--><ref>'''DNA origami:''' {{cite journal |last=Rothemund |first=Paul W. K. |authorlink=Paul W. K. Rothemund |year=2006 |month= |title=Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns |journal=[[Nature (Journal)|Nature]] |volume=440 |issue= 7082|pages=297–302 |issn=0028-0836 |pmid=16541064|doi=10.1038/nature04586}}</ref>
 
*'''التجمع الحركي'''. ظهر إهتماماهتمام مؤخراً صوب ضبط حركة التجمع الذاتي للدنا، ومن ثم يمكن برمجة الديناميات العابرة {{إنج| transient dynamics}} ضمن هذا التجمع. ونلاحظ أن لتلك الطريقة ميزةً تتمثل في التقدم بشكلٍ متساو الحرارة ومن ثم لا تتطلب خطوة [[تخمير (أحياء)| التخمير]] {{إنج| Annealing (biology)}} الحراري المطلوب في الطرق الديناميكية الحرارية الفردية. <!--
--><ref>'''Kinetic assembly:''' {{cite journal |doi=10.1038/nature06451 |title=Programming biomolecular self-assembly pathways |year=2008 |last1=Yin |first1=Peng |last2=Choi |first2=Harry M. T. |last3=Calvert |first3=Colby R. |last4=Pierce |first4=Niles A. |journal=Nature |volume=451 |pages=318–22 |pmid=18202654 |issue=7176}}</ref>
 
{{رئيسي| تصميم حمض نووي}} {{إنج| Nucleic acid design}}
 
بعد استخدام وتطبيق أيٍ من الأساليب آنفة الذكر لتصميم الهياكل الثانوية للجزيء المستهدف، يجب تقسيم تسلسلٍ فعليٍ من النوكليوتيدات والتي ستتشكل في الهيكل المرغوب. وهنا يمثل تصميم الحمض النووي عملية إنتاج مجموعةٍ من سلاسل [[حمض نووي| الأحماض النووية]] القاعدية والتي سترتبط ضمن تعديلٍ مرغوبٍ (انظر، على سبيل المثال، [[تركيب الحمض النووي]] {{إنج| Nucleic acid structure}}). مما يجعل من تصميم الحمض النووي مركزياً في مجال تاقنة الدنا النانوية.
 
لتصميم الحمض النووي أهدافاً مثيلةً ب[[تصميم البروتين]] {{إنج| Protein design}}: ففي كليهما، يتم تصميم تسلسل المونومرات لصالح الهيكل المترابط أو المطوي الملفوف ولغير صالح الهياكل البديلة. وهنا نلاحظ أن لتصميم الحمض النووي ميزة كونه يمثل مشكلةً أبسط حسابياً، وذلك بسبب أن بساطة قواعد [[زوج قاعدي| زوج واتسون كريك القاعدي]] تؤدي إلى سبلٍ [[حدس مهني| حدسيةٍ]] بسيطةٍ والتي تسفر عن تصاميمٍ قويةٍ تجريبياً. على الرغم من ذلك، فإن هياكل الحمض النووي أقل تنوعاً من البروتينات في وظيفيتها. <!--
--><ref>'''Sequence design:''' {{cite journal |last=Dirks |first=Robert M. |authorlink= |coauthors=Lin, Milo; Winfree, Erik & Pierce, Niles A. |year=2004 |month= |title=Paradigms for computational nucleic acid design |journal=[[Nucleic Acids Research]] |volume=32 |issue=4 |pages=1392–1403 |issn= |doi=10.1093/nar/gkh291|pmid=14990744 |pmc=390280}}</ref><!--
--><ref>'''Sequence design:''' {{cite journal |doi=10.1137/060651100 |title=Thermodynamic Analysis of Interacting Nucleic Acid Strands |year=2007 |author=Dirks, Robert M. |journal=SIAM Review |volume=49 |pages=65 |last2=Bois |first2=Justin S. |last3=Schaeffer |first3=Joseph M. |last4=Winfree |first4=Erik |last5=Pierce |first5=Niles A.}}</ref>
تم تصنيع وتمييز العديد من الهياكل المصنعة من الدنا.
 
===الشبكات المتكررة (Periodic lattices )===
[[Image:Mao-DXarray-schematic-small.gif|thumb|200px| تجمع مصفوفة دي إكس. حيث يمثل كل قضيبٍ نطاقاً مزدوج الحلزون من [[دنا| الحمض النووي]]، وذلك مع الأشكال الممثلة [[نهاية لزجة| للنهايات اللزجة]] {{إنج| sticky end}} التكميلية. حيث سيتم دمج جزيء دي إكس في الأعلى ضمن مصفوفة دنا ثنائية الأبعاد والتي تظهر في الأسفل. حيث يُعَدُ ذلك مثالاً للاستراتيجية البلاطية لتصميم هياكل الدنا النانوية. مصدر الصورة: ماو 2004.<ref name="Mao04"/>]]
 
[[File:DNA nanostructures.png|thumb|300px| على اليسار، نموذج لرقاقة الدنا المستخدمة لتشكيل شبكةٍ دوريةٍ ثنائية الأبعاد. أما الصورة على اليمين فتظهر لقطةً مصورةً [[مجهر الطاقة الذرية| لمجهر الطاقة الذرية]] للشبكة المجمعة. مصدر الصورة: سترونج 2004. <ref>{{cite journal |last1=Strong |doi=10.1371/journal.pbio.0020073 |title=Protein Nanomachines |year=2004 |first1=Michael |journal=PLoS Biology |volume=2 |pages=e73 |pmid=15024422 |issue=3 |pmc=368168}}</ref>]]
 
لعل إحدى الطرق الأولى لإنتاج هياكل الدنا النانوية تمثلت في تصنيعها من الوحدات المنفصلة الأصغر حجماً. ولتلك الطريقة ميزة كونها قادرةً على فصل التفاعلات الأقوى إدراكياً والتي تشكل كل بنيةٍ من تجمع الهيكل الكامل الأكبر حجماً. حيث أنها غالباً ما تُستخدم لإنتاج الشبكات الدورية، إلا أنه يمكن استخدامها كذلك لتحقيق التجمع الذاتي الحسابي {{إنج| algorithmic self-assembly}}، مما يجعلها رصيفاً واحداً [[حوسبة الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين | لحوسبة الدنا]].
 
هذا بالإضافة إلى أنه يمكن تزويد وتجهيز جزيئات دي إكس أو ثنائية التقاطع ب[[نهاية لزجة| النهايات اللزجة]] {{إنج| sticky end}} بهدف دمجها ضمن الشبكة الدورية ثنائية الأبعاد. وهنا يكون لكل جزيء دي إكس أربعة أطرافٍ، واحد في كل نهايةٍ من النطاقين [[حلزون مزدوج| الحلزونيين المزدوجين]] الإثنين، وأن هذه يمكن تزويدها بنهاياتٍ لزجةٍ والتي تبرمجها ليتم دمجها ضمن نموذجٍ معينٍ. وهنا نلاحظ وجود أكثر من نمطٍ واحدٍ للجزيئات ثنائية التقاطع (دي إكس) يمكن استخدامها والتي يمكن إنتاجها ليتم ترتيبها في صفوفٍ أو أي نموذج [[فسيفساء (رياضيات)| فسيفساءٍ]] آخرٍ. ومن ثم فهي تشكل صفائحاً مسطحةً ممتدةً والتي هي عبارةٌ عن [[بلورة| بلوراتٍ]] دنويةٍ ثنائية الأبعاد بصورةٍ أساسيةٍ. <!--
--><ref>'''DX arrays:''' {{cite journal |last=Winfree |first=Erik |authorlink= |coauthors=Liu, Furong; Wenzler, Lisa A. & Seeman, Nadrian C. |year=1998 |month=6 August|title=Design and self-assembly of two-dimensional DNA crystals |journal=[[Nature (Journal)|Nature]] |volume=394 |issue= 6693|pages=529–544 |issn=0028-0836 |pmid=9707114|doi=10.1038/28998}}</ref><!--
--><ref>{{cite journal |last=Liu |first=Furong |authorlink= |coauthors=Sha, Ruojie & Seeman, Nadrian C. |year=1999 |month=10 February|title=Modifying the Surface Features of Two-Dimensional DNA Crystals |journal=[[Journal of the American Chemical Society]] |volume=121 |issue=5 |pages=917–922 |issn=0002-7863|doi=10.1021/ja982824a}}</ref>
 
كما تم تشكيل المصفوفات ثنائية الأبعاد من المحفزات الأخرى كذلك، والتي منها مصفوفة [[تقاطع هوليداي]] [[معين (هندسة رياضية)| معينة الأضلاع]] {{إنج| Holliday junction rhombus array}}، وكذلك باقي المصفوفات ثنائية التقاطع (دي إكس) الأخرى العديدة والمتنوعة في أشكال المثلثات ومسدسات الأضلاع. <!--
--><ref>'''Other arrays:''' {{cite journal |last=Mao |first=Chengde |authorlink= |coauthors=Sun, Weiqiong & Seeman, Nadrian C. |year=1999 |month=16 June|title=Designed Two-Dimensional DNA Holliday Junction Arrays Visualized by Atomic Force Microscopy |journal=[[Journal of the American Chemical Society]] |volume=121 |issue=23 |pages=5437–5443 |issn=0002-7863|doi=10.1021/ja9900398}}</ref><!--
--><ref>'''Other arrays:''' {{cite journal |last=Constantinou |first=Pamela E. |authorlink= |coauthors=Wang, Tong; Kopatsch, Jens; Israel, Lisa B.; Zhang, Xiaoping; Ding, Baoquan; Sherman, William B.; Wang, Xing; Zheng, Jianping; Sha, Ruojie & Seeman, Nadrian C.|year=2006 |month= |title=Double cohesion in structural DNA nanotechnology |journal=[[Organic and Biomolecular Chemistry]] |volume=4 |issue= 18|pages=3414–3419 |issn= |pmid=17036134|doi=10.1039/b605212f}}</ref><!--
--><ref>'''Other arrays:''' {{cite journal |last=Mathieu |first=Frederick |authorlink= |coauthors= Liao, Shiping; Kopatsch, Jens; Wang, Tong; Mao, Chengde & Seeman, Nadrian C. |year=2005 |month=April |title=Six-Helix Bundles Designed from DNA |journal=[[Nano Letters]] |volume=5 |issue=4 |pages=661–665 |issn=1530-6984 |pmid=15826105|doi=10.1021/nl050084f}}</ref>
 
ونلاحظ أن إنتاج الشبكات ثلاثية الأبعاد المصنعة من (الدنا) كان أولى الأهداف الخاصة بتقانة الدنا الحيوية، إلا أنه أثبت أنه واحداً من أصعب الأهداف ليتم تحقيقه. إلا أنه أفادت التقارير عام 2009 أنه تم النجاح في محاولات إنتاج شبكات الدنا ثلاثية الأبعاد، من خلال استخدام محفز قائم على فكرة [[انشدادية| الانشدادية]] {{رإنج| tensegrity}}، المتمثلة في التوازن القائم بين قوى التوتر والضغط. <!--
--><ref>'''Three-dimensional lattices:''' {{cite journal |doi=10.1038/nature08274 |title=From molecular to macroscopic via the rational design of a self-assembled 3D DNA crystal |year=2009 |last1=Zheng |first1=Jianping |last2=Birktoft |first2=Jens J. |last3=Chen |first3=Yi |last4=Wang |first4=Tong |last5=Sha |first5=Ruojie |last6=Constantinou |first6=Pamela E. |last7=Ginell |first7=Stephan L. |last8=Mao |first8=Chengde |last9=Seeman |first9=Nadrian C. |journal=Nature |volume=461 |pages=74–7 |pmid=19727196 |issue=7260 |pmc=2764300}}</ref>
 
 
===الأنابيب النانوية===
بالإضافة إلى الصفائح المسطحة، تم إنتاج الشبكات ثنائية التقاطع (دي إكس) لتشكيل أنابيبٍ نانويةٍ جوفاء يتراوح قطرها من 4 إلى 20 [[نانومتر| نانومتراً]]. وهنا نلاحظ أن أنابيب الدنا النانوية تلك شبيهةٌ إلى حدٍ ما في أحجامها [[أنابيب نانوية كربونية| بالأنابيب النانوية الكربونية]]، إلا أن الأنابيب النانوية الكربونية عبارةٌ عن موصلاتٍ أقوى وأفضل للحرارة، في حين أنابيب الدنا النانوية هي أكثر قابليةٍ للتعديل بسهولةٍ وارتباطاً بالهياكل الأخرى. <!--
--><ref>'''DNA nanotubes:''' {{cite journal |last=Rothemund |first=Paul W. K. |authorlink=Paul W. K. Rothemund |coauthors=Ekani-Nkodo, Axel; Papadakis, Nick; Kumar, Ashish; Fygenson, Deborah Kuchnir & Winfree, Erik |year=2004 |month=22 December|title=Design and Characterization of Programmable DNA Nanotubes |journal=[[Journal of the American Chemical Society]] |volume=126 |issue=50 |pages=16344–16352 |issn=0002-7863 |pmid=15600335|doi=10.1021/ja044319l}}</ref>
[[Image:DNA tetrahedron white.png|thumb|right|250px| نموذج لرباعي أسطح الدنا كما تم وصفه في جودمان 2005. <ref name="Goodman05"/> فكل حافةٍ من الشكل رباعي الأسطح هي عبارةٌ عن 20 زوجاً قاعدياً من الدنا الزوجي، وأن كل رأسٍ هي عبارة عن تقاطع ثلاثي الأذرع.]]
 
===متعددة الأوجه===
تم إنتاج عدداً من جزيئات الدنا ثلاثية الأبعاد والتي تتسم بالقدرة على الارتباط [[متعدد سطوح| بمتعدد الأسطح]] والتي منها على سبيل المثال [[ثماني سطوح| ثماني السطوح]] أو المكعب. وبصيغةٍ أخرى، فإن ثنائيات الدنا تتبع حواف متعددات الأسطح ذات تقاطع الدنا في كل رأسٍ له.
 
فقد تضمنت التوضيحات الأولى لمتعدد أسطح الدنا كلاً من [[رابطة دنا | روابط الدنا]] {{إنج| DNA ligase}} المتعددة وخطوات [[تصنيع المرحلة الصلبة]] {{إنج| solid-phase synthesis}} بهدف إنتاج متعدد السطوح . <!--
--><ref>'''DNA polyhedra:''' {{cite journal |last=Zhang |first=Yuwen |coauthors=Seeman, Nadrian C. |authorlink= |year=1994 |month= |title=Construction of a DNA-truncated octahedron |journal=[[Journal of the American Chemical Society]] |volume=116 |issue=5 |pages=1661–1669 |issn=0002-7863|doi=10.1021/ja00084a006}}</ref> إلا أن الأعمال الحديثة أسفرت عن إنتاج متعدداً للأسطح والذي يتسم تصنيعه بالسهولة. وهذا يتضمن [[ثماني سطوح]] الدنا المصنوع من ضفيرةٍ فرديةٍ طويلةٍ مصممة لتنطوي داخل التعديل الصحيح، بالإضافة إلى [[رباعي سطوح| رباعي السطوح]] الذي يمكن إنتاجه من أربعة ضفائرٍ للدنا في خطوةٍ واحدةٍ. <!--
--><ref name="Goodman05">'''DNA polyhedra:''' {{cite journal |last=Goodman |first=R.P. |coauthors=Schaap, I.A.T.; Tardin, C.F.; Erben, C.M.; Berry, R.M.; Schmidt, C.F.; Turberfield, A.J. |authorlink= |year=2005 |month=9 December|title=Rapid chiral assembly of rigid DNA building blocks for molecular nanofabrication |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=310 |issue=5754 |pages=1661–1665 |issn=0036-8075 |pmid=16339440|doi=10.1126/science.1120367}}</ref><!--
--><ref>'''DNA polyhedra:''' {{cite journal |last=Shih |first=William M. |coauthors=Quispe, Joel D.; Joyce, Gerald F. |authorlink= |year=2004 |month=12 February|title=A 1.7-kilobase single-stranded DNA that folds into a nanoscale octahedron |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=427 |issue= 6975|pages=618–621 |issn=0028-0836 |pmid=14961116|doi=10.1038/nature02307}}</ref>
 
===أشكال تعسفية===
بالإضافة إلى ما سبق ذكره، تم تصنيع كذلك هياكل دنا ذات أوجهٍ صلدةٍ، بواسطة استخدام طريقة [[أوريغامي]] [[دنا| الدنا]] {{إنج| DNA origami}}. حيث يمكن برمجة مثل تلك الهياكل لتفتح وتُطْلِقُ حمولتها استجابةً لمثيرٍ أو تحفيزٍ معينٍ، مما يجعلها مفيدةً [[تغليف جزيئي| كأقفاصٍ جزيئيةٍ]] {{إنج| Molecular encapsulation }} مبَرْمَجةٍ. <!--
--><ref>'''DNA boxes:''' {{cite journal |doi=10.1038/nature07971 |title=Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid |year=2009 |last1=Andersen |first1=Ebbe S. |last2=Dong |first2=Mingdong |last3=Nielsen |first3=Morten M. |last4=Jahn |first4=Kasper |last5=Subramani |first5=Ramesh |last6=Mamdouh |first6=Wael |last7=Golas |first7=Monika M. |last8=Sander |first8=Bjoern |last9=Stark |first9=Holger |journal=Nature |volume=459 |pages=73–6 |pmid=19424153 |issue=7243}}</ref><!--
--><ref>'''DNA boxes:''' {{cite journal |doi=10.1021/nl901165f |title=Scaffolded DNA Origami of a DNA Tetrahedron Molecular Container |year=2009 |last1=Ke |first1=Yonggang |last2=Sharma |first2=Jaswinder |last3=Liu |first3=Minghui |last4=Jahn |first4=Kasper |last5=Liu |first5=Yan |last6=Yan |first6=Hao |journal=Nano Letters |volume=9 |pages=2445–7 |pmid=19419184 |issue=6}}</ref>
===عمارة نانوية===
كان أول من اقترح فكرة استخدام مصفوفات الدنا لقولبة تجمع الجزيئات الوظيفية الأخرى هو نادرين سيمان في عام 1987، <!--
--><ref>'''Nanoarchitecture:''' {{cite journal |last=Robinson |first=Bruche H. |authorlink= |coauthors=Seeman, Nadrian C. |year=1987 |month=August |title=The Design of a Biochip: A Self-Assembling Molecular-Scale Memory Device |journal=[[Protein Engineering (journal)|Protein Engineering]] |volume=1 |issue=4 |pages=295–300 |issn=0269-2139 |url=http://peds.oxfordjournals.org/cgi/content/abstract/1/4/295 |pmid=3508280 |doi=10.1093/protein/1.4.295}}</ref> إلا أنه تم تحقيق التقدم مؤخراً فقط في تقليل أنواع تلك المشاريع للمارسة. ففي عام 2006، قام الباحثون بربط [[جسيمات الذهب النانوية]] {{إنج| Gold nanoparticle}} تساهمياً بالبلاطة ثنائة التقاطع للدنا {{إنج| DX-based tile}} وأظهروا أن التجمع الذاتي لهياكل الدنا قامت كذلك بتجميع الجزيئات النانوية التي تم إضافتها لهم. كما ظهر مشروع استضافة غير تساهمية في عام 2007، بواسطة استخدام متعددات أميد [[بيتر ديرفان]] {{إنج| Peter B. Dervan}} على مصفوفة ثنائية التقاطع لترتيب بروتينات ال[[استريبتافيدين|الاستريبتافيدين]] {{إنج| Streptavidin}} على أنواعٍ خاصةٍ من البلاطات على مصفوفة الدنا. <!--
--><ref>'''Nanoarchitecture:''' {{cite journal |last=Zheng |first=Jiwen |authorlink= |coauthors=Constantinou, Pamela E.; Micheel, Christine; Alivisatos, A. Paul; Kiehl, Richard A. & Seeman Nadrian C. |year=2006 |month= |title=2D Nanoparticle Arrays Show the Organizational Power of Robust DNA Motifs |journal=[[Nano Letters]] |volume=6 |issue= 7|pages=1502–1504 |issn=1530-6984 |pmid=16834438|doi=10.1021/nl060994c}}</ref><!--
--><ref>'''Nanoarchitecture:''' {{cite journal |last=Cohen |first=Justin D. |authorlink= |coauthors=Sadowski, John P.; Dervan, Peter B. |year=2007 |month= |title=Addressing Single Molecules on DNA Nanostructures |journal=[[Angewandte Chemie]] |volume=46 |issue=42 |pages=7956&ndash;7959 |issn=0570-0833 |pmid=17763481|doi=10.1002/anie.200702767}}</ref>
[[Image:Park-DNA-streptavidin.jpg|thumb|300px| البروتين المنقوض على مصفوفة الدنا 4x4. اضغط على الصورة لمزيدٍ من التفاصيل. مصدر الصورة: بارك وآخرون: 2006.]]-->
هذا في عام 2006، قام كلٌ من دوير ولابين باستعراض الأحرف "D" "N" و"A" المنتجة على مصفوفة 4x4 ثنائية التقاطع (دي إكس) بواسطة استخدام بروتين الاستريبتافيدين. <!--
--><ref name="Park, Sung Ha 2006 749–753">{{cite journal |coauthors = Sung Ha Park, Constantin Pistol, Sang Jung Ahn, John H. Reif, Alvin R. Lebeck, Chris Dwyer, Thomas H. LaBean | year = 2006 | month = October | title = Finite-Size, Fully Addressable DNA Tile Lattices Formed by Hierarchical Assembly Procedures | journal = [[Angewandte Chemie]] | volume = 118 | issue = 40 | pages = 749&ndash;753 | issn = 1521-3757 | doi = 10.1002/ange.200690141 | url = http://www3.interscience.wiley.com/journal/113390879/abstract |author = Park, Sung Ha}}</ref> بينما تم استعراض في عام 2007 تجمعٍ هرميٍ قائمٍ على هذا المُدْخَل والذي يوضح المقاييس للمصفوفات الأكبر حجماً (8x8 و8.96 MD). <!--
--><ref name="Park, Sung Ha 2006 749–753"/>
--><ref>{{cite journal |coauthors = Sung Ha Park, Constantin Pistol, Sang Jung Ahn, John H. Reif, Alvin R. Lebeck, Chris Dwyer, Thomas H. LaBean | year = 2006 | month = October | title = Finite-Size, Fully Addressable DNA Tile Lattices Formed by Hierarchical Assembly Procedures | journal = [[Angewandte Chemie]] | volume = 118 | issue = 40 | pages = 749&ndash;753 | issn = 1521-3757 | doi = 10.1002/ange.200690141 | url = http://www3.interscience.wiley.com/journal/113390879/abstract |author = Park, Sung Ha}}</ref>
 
كما ظهر إهتماماهتمام في استخدام تقانة الدنا النانوية لتجميع الأجهزة [[إلكترونيات جزيئية| الإلكترونيات الجزيئية]]. ووصلاً لتلك الغاية، تم استخدام حمض الدنا النووي لتجميع [[أنابيب نانوية كربونية# أحادية الجدار| الأنابيب النانوية الكربونينة أحادية الجدار]] ضمن [[مقحل حقلي| مقاحل التأثير الحقلي]]. <!--
--><ref name="Park, Sung Ha 2006 749–753"/>
--><ref>{{cite journal |coauthors = Sung Ha Park, Constantin Pistol, Sang Jung Ahn, John H. Reif, Alvin R. Lebeck, Chris Dwyer, Thomas H. LaBean | year = 2006 | month = October | title = Finite-Size, Fully Addressable DNA Tile Lattices Formed by Hierarchical Assembly Procedures | journal = [[Angewandte Chemie]] | volume = 118 | issue = 40 | pages = 749&ndash;753 | issn = 1521-3757 | doi = 10.1002/ange.200690141 | url = http://www3.interscience.wiley.com/journal/113390879/abstract |author = Park, Sung Ha}}</ref>
 
===التجمع الذاتي الحسابي===
 
[[Image:Rothemund-DNA-SierpinskiGasket.jpg|thumb|300px| مصفوفات الدنا التي تُظْهِرُ تقديماً لمثلث سيربنسكي على أسطحها. اضغط على الصورة لمزيدٍ من التفاصيل. مصدر الصورة: روزموند وآخرون: 2004.<ref name="rothemund04winfree"/>]]
انظر أيضاً: [[حوسبة الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين| حوسبة الدنا]]
 
تم تطبيق تقانة الدنا الجزيئية في المجال المرتبط بها الخاص بحوسبة الدنا. حيث أنه قد يكون للبلاطات الدنوية ثنائية التقاطع (دي إكس) تسلسلات نهاياتها اللزجة المختارة ومن ثم فهي تسلك على أنها [[بلاطة وانج| بلاطات وانج]] {{إنج| Wang tiles}}، مما يسمح لهم بأداء الحسابات. كما تم استعراض المصفوفة ثنائية التقاطع (دي إكس) والتي يرمز لتجمعها بعملية [[الفصل الحصري]] {{إنج| Exclusive or}} أو (XOR)؛ مما يسمح لمصفوفة الدنا بتنفيذ [[الخلايا ذاتية السلوك]] والتي تولِّد [[هندسة كسيرية| كسيريات]] يُطلق عليها اسم [[مثلث سيربنسكي]]. وهذا يوضح أن الحساب يمكن دمجه ضمن تجمعٍ من مصفوفات الدنا، مما يزيد مجال فيما وراء المصفوفات المتكررة البسيطة.
 
ولنلاحظ أن حوسبة الدنا تتداخل مع، ولكن ليست منفصلة عن، تقانة الدنا النانوية. حيث تستخدم الثانية خصوصية زوج واتسون- كريك القاعدي لإنتاج هياكلٍ جديدةٍ من الدنا. ويمكن استخدام هذه الهياكل المنتجة في مجال حوسبة الدنا، إلاأنها ليست ملزمة ليتم استخدامها لهذا الغرض. هذا بالإضافة إلى أن حوسبة الدنا يمكن إجراؤها بدون استخدام أنماط الجزيئات المنتجة بواسطة استخدام تقانة الدنا النانوية. <!--
 
==المواد والطرق المستخدمة==
تتوفر بالفعل سلاسل الدنا التقليدية عبر عملية [[تصنيع قليل نوكلوتيد| تصنيع قليل النوكليوتيد]] {{إنج| oligonucleotide synthesis}}. حيث غالباً ما تدار تلك العملية بواسطة استخدام آلة تصنيع الدنا، كما أن الدنا التقليدي أصبح متاحاً للتبادل التجاري لدى العديد من البائعين.
 
كما أن سلاسل ضفائر الدنا الفردية والتي تنتج الهياكل المستهدفة يتم تصميمها حوسبياً. هذا وتُستَخْدَم [[نمذجة جزيئية| النموجة الجزيئية]] (Molecular modeling) والنمذجة الحرارية الديناميكية في بعض الأحيان كذلك لتحسين سلاسل الحمض النووي إلأى أحسن الأوضاع المرغوبة.
 
وتتسم جزيئات الدنا التي تم إنتاجها بواسطة استخدام تقانة الدنا الجزيئية غلباً بسمة [[رحلان كهربائي هلامي| الفصل الكهربائي للهلام]]، والتي توفر معلوماتٍ حول حجم وشكل جزيئات الدنا، مما يشير إلى ما إذا كان قد تم إنتاجها بصورةٍ ملائمةٍ كما هو مرغوبٍ أم لا. وكذلك يمكن استخدام كلٍ من [[وسم فلوي| الوسم الفلوري]] (Fluorescent labeling) و[[نقل طاقة رنين فوستر]] (Förster resonance energy transfer) بهدف تشخيص بنية الجزيئات.
 
هذا ويمكن تصوير هياكل الدنا مباشرةً بواسطة استخدام [[مجهر الطاقة الذرية]]، والذي يقوم بتصوير الهياكل المتواجدة على سطحٍ مسطحٍ مستوٍ. ونلاحظ أن تلك الطريقة تناسب الهياكل ثنائية الأبعاد بصورةٍ جيدةٍ، إلا أنها أقل فائدةٍ في حالة الهياكل ثلاثية الأبعاد المتفردة. حيث يصبح [[مجهر إلكتروني نافذ| المجهر الإلكتروني النافذ]] (Transmission electron microscopy) و[[مجهر إلكتروني شديد التبريد| المجهر الإلكتروني شديد التبريد]] (cryo-electron microscopy) سبلاً ضروريةً هنا. ويتم تحليل المشابك ثلاثية الأبعاد الممتدة بواسطة استخدام [[تصوير بللوري بأشعة إكس| التصوير البللوري بالأشعة السينية]] {{إنج| X-ray crystallography}}. في حين يمكن دراسة حركية تجمع الدنا الذاتي بواسطة تقنيات وأساليب الوقت الحقيقي والتي منها مثلاً [[تداخل ثنائي الاستقطاب| التداخل ثنائي الاستقطاب]] {{إنج| Dual polarization interferometry}} و[[QCMD]].
 
==التأريخ==
[[Image:Escher Depth.jpg|thumb|left|200px| لوحة القطع الخشبي (''ديبث'') العمق ل[[إيشر|لإيشر]]، الملهمة لنادرين سيمان للتفكير والاعتبار في استخدام مشابك الدنا ثلاثية الأبعاد لتوجيه الجزيئات صعبة التبلور، مما يؤدي إلى نقطة البداية مجال عمل تقانة الدنا النانوية.]]
 
كان أول من ابتكر فكرة تقانة الدنا الحيوية هو نادرين سيمان في أوائل الثمانينات من القرن العشرين. <!--
--><ref name="Pelesko">'''History:''' {{cite book |last=Pelesko |first=John A. |title=Self-assembly: the science of things that put themselves together |year=2007 |publisher=Chapman & Hall/CRC |location=New York |isbn=978 1 58488 687 7 |pages=201, 242, 259}}</ref> حيث إهتم سيمان مبدئياً باستخدام ملقاط الدنا ثلاثي الأبعاد لتوجيه الجزيئات المستهدفة، والتي ستتحدد [[علم البلورات| دراستها البلورية]] من خلال التخلص من العملية الصعبة الخاصة بالحصول على بلوراتٍ نقيةٍ. وأفادت التقارير أن تلك الفكرة كانت قد واتته في خريف 1980، بعد إدراكه التشابه فيما بين لوحة القطع الخشبي (ديبث) أو العمق ل[[إيشر|لإيشر]] ومصفوفة تقاطعات الدنا سداسية الأذرع. <!--
--><ref name="Seeman-sciam">'''Overview:''' {{cite journal |last=Seeman |first=Nadrian C. |title=Nanotechnology and the double helix |journal=[[Scientific American]] |year=2004 |month=June |pages=64–75 |pmid=15195395 |url=http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=nanotechnology-and-the-do |volume=290 |issue=6 |doi=10.1038/scientificamerican0604-64}}</ref><!--
--><ref>'''History:''' See Nadrian Seeman's homepage, [http://seemanlab4.chem.nyu.edu/nano-pro.html Current crystallization protocol] for a statement of the problem, and Nadrian Seeman's homepage, [http://seemanlab4.chem.nyu.edu/nano-cage.html DNA cages containing oriented guests] for the proposed solution.</ref> ولتحقيق تلك الغاية، نشر معمل سيمان في عام 1991 عملية تصنيع [[مكعب]]ٍ مصنوعٍ من الدنا، والذي يعتبر أول كائنٍ نانوي المقياس ثلاثي الأبعاد، والذي على أثره حصل سيمان على [[جائزة معهد فينمان التنبؤية للتقانة النانوية| جائزة فينمان في مجال القتانة النانوية]] (Foresight Nanotech Institute Feynman Prize)، والذي كان قد تبعه تصنيع [[مجسم ثماني مبتور| مجسم الدنا الثماني المبتور]] (truncated octahedron). على الرغم من ذلك، فقد أصبح من الواضح لاحقاً أن هذه الجزيئات، الأشكال متعددة الأضلاع ذات التقاطعات المرنة [[نقطة هندسية| كنقاطها الهندسية]]، لم تكن صلبةً بصورةٍ كافيةٍ لتشكيل الملاقيط ثلاثية الأبعاد الممتدة. <ref name="Seeman-sciam"/><ref name="Pelesko"/>
 
في حين طور سيمان [[حافز هيكلي| حافز]] {{إنج| Structural motif}} التقاطع المزدوج الصلب، بالإضافة إلى أنه، وبالتعاون مع [[إيريك وينفري]] (Erik Winfree )، نشر عام 1998 إنتاج الملاقيط ثنائية الأبعاد من البلاطات مزدوجة التقاطع (DX). حيث تتسم تلك الهياكل القائمة على استخدام البلاطات بأنها توفر القدرة على تطبيق وتنفيذ استخدام حوسبة الدنا، والتي أوضحها وينفري و بولوبول روزاموند في عام 2004، والتي بفضلها اقتسما معاً جائزة فينمان للتقانة النانوية في عام 2006.<ref name="Seeman-sciam"/><ref name="Pelesko"/>
 
ومع مرور الزمن، يستمر مجال تقانة الدنا النانوية في التشعب أكثر وأكثر. فأول [[آلة حمض نووي| آلةٍ دنا نانويةٍ]] - الحافز الذي يغير بنيته استجابةً لمدخلٍ ما - ظهرت عام 1999. كما كان سيمان أول من اقترح مجال العمارة النانوية في عام 1987، والتي بدأت في الظهور عام 2006. هذا وكان روزاموند أول من استعرض أسلوب أوريغامي الدنا في عام 2006 لتسهيل إنتاج جزيئات الدنا المطوية الملتفة لأي شكل. أما في عام 2009، نشر سيمان تصنيع ملقاطٍ ثلاثي الأبعاد، بعد مرور ما يقرب من 30 عاماً من استعداده للقيام بذلك.
 
== انظر أيضا ==
* {{cite journal |last=Seeman |first=Nadrian C. |authorlink= |year=1999 |month=1 November|title=هندسة الدنا وتطبيقاتها في مجال التقانة النانوية |journal=[[Trends in Biotechnology]] |volume=17 |issue=11 |pages=437–443 |issn=0167-7799|doi=10.1016/S0167-7799(99)01360-8}}&mdash;مقالة أقدم تحتوي على وصف جيد للافعية القائمة وراء تقانة الدنا.
 
* {{cite journal |doi=10.1007/s12033-007-0059-4 |title=استعراض لتقانة الدنا النانوية البنائية |year=2007 |last1=Seeman |first1=Nadrian C. |journal=Molecular Biotechnology |volume=37 |pages=246–57 |pmid=17952671 |issue=3}}&mdash;مقالة أكثر حداثة.
 
* {{cite journal |doi=10.1002/anie.200502358 |pmid=16470892 |title=التصميم النسبي لعمارة الدنا النانوية |year=2006 |last1=Feldkamp |first1=Udo |last2=Niemeyer |first2=Christof M. |journal=Angewandte Chemie International Edition |volume=45 |issue=12 |pages=1856–76}}&mdashمقال جيد من وجهة نظر تصميم الهياكل الثانوية.
 
* {{cite book |editor1-first=Junghuei |editor1-last=Chen |editor2-first=Natasha |editor2-last=Jonoska |editor3-first=Grzegorz |editor3-last=Rozenberg |title=تقانة الصغائر: العلم والحوسبة |series=Natural سلسلة الحوسبة |year=2006 |publisher=Springer |location=New York |isbn=978 3 540 30295 7}}&mdash;كتاب يشتمل على مقالاتٍ للعديد من الباحثين في مجال تقانة الدنا النانوية وحوسبة الدنا.
 
 
 
{{قالب:تذييل تقنية النانو}}
916٬418

تعديل