تجميع وتفكيك الروبوتات الجزيئية ذاتيًا عبر وحدة التحكم الجزيئية للحمض النووي
نجح باحثون من جامعة توهوكو وجامعة كيوتو في تطوير وحدة تحكم جزيئية مبنية على الحمض النووي تقوم بتوجيه تجميع وتفكيك الروبوتات الجزيئية بشكل ذاتي. تمثل هذه التكنولوجيا الرائدة خطوة مهمة نحو تطوير أنظمة جزيئية مستقلة متقدمة، مع تطبيقات محتملة في الطب وتقنية النانو.
أوضح شين-إيتشيرو م. نومورا، الأستاذ المساعد في كلية الهندسة بجامعة توهوكو وأحد مؤلفي الدراسة: “تتكون وحدة التحكم الجزيئية الجديدة من جزيئات الحمض النووي المصممة بشكل صناعي والإنزيمات، وتتعايش مع الروبوتات الجزيئية وتتحكم فيها عن طريق إصدار جزيئات حمض نووي محددة. وهذا يسمح للروبوتات الجزيئية بالتجمع والتفكك تلقائياً دون الحاجة إلى تدخل خارجي”.
يعتبر هذا التشغيل الذاتي تقدماً حيوياً، حيث يمكن الروبوتات الجزيئية من أداء المهام في البيئات التي لا تصل إليها الإشارات الخارجية.
بالإضافة إلى نومورا، شملت فريق البحث إيبوكي كواماتا (أستاذ مساعد في كلية العلوم بجامعة كيوتو)، كوهِي نيشياما (طالب دراسات عليا في جامعة يوهانس جوتنبرج ماينز)، وأكيرا كاكوجو (أستاذ في كلية العلوم بجامعة كيوتو).
يحظى البحث حول الروبوتات الجزيئية، التي صُممت للمساعدة في علاج وتشخيص الأمراض من خلال العمل داخل وخارج الجسم، باهتمام كبير. حيث قام كاكوجو وزملاؤه سابقاً بتطوير روبوتات جزيئية من نوع السرب تتحرك بشكل فردي، ويمكن تجميعها وتفكيكها كمجموعة عبر تدخل خارجي. ولكن بفضل وحدة التحكم الجزيئية المطورة، يمكن للروبوتات التجمع والتفكك بشكل ذاتي وفقاً لتسلسل مبرمج.
تبدأ وحدة التحكم الجزيئية العملية عن طريق إصدار إشارة حمض نووي معينة تعادل أمر “التجمع”. تستقبل الأنابيب الدقيقة في المحلول نفسه، المعدلة بالحمض النووي والمدفوعة بمحركات كينيسين الجزيئية، إشارة الحمض النووي، وتُحاذي اتجاه حركتها، وتجمع نفسها تلقائياً في هيكل مرتبط. بعد ذلك، تصدر وحدة التحكم إشارة “التفكك”، مما يؤدي إلى تفكيك الأنابيب الدقيقة تلقائياً. تم تحقيق هذا التغيير الديناميكي من خلال التحكم الدقيق بواسطة الدائرة الجزيئية، التي تعمل كمُعالج إشارات متطور للغاية. علاوة على ذلك، تتعايش وحدة التحكم الجزيئية مع الروبوتات الجزيئية، مما يلغي الحاجة إلى التدخل الخارجي.
من المتوقع أن يساهم تطوير هذه التكنولوجيا في ابتكار أنظمة جزيئية مستقلة أكثر تعقيداً وتقدماً. وبذلك، يمكن للروبوتات الجزيئية أداء المهام التي لا يمكن تحقيقها بشكل فردي عن طريق التجمع وفقاً للأوامر ثم التفكك لاستكشاف الأهداف. بالإضافة إلى ذلك، وسّعت هذه الأبحاث ظروف عمل الروبوتات الجزيئية من خلال دمج مجموعات جزيئية مختلفة، مثل نظام الدائرة الحمضية ونظام التشغيل بالبروتين الحركي.
وأضاف نومورا: “من خلال تطوير وحدة التحكم الجزيئية ودمجها مع الدوائر الحمضية الأكثر تعقيداً ودقة، وأجهزة تضخيم المعلومات الجزيئية، وتقنيات التصميم البيولوجي، نتوقع أن تتمكن الروبوتات الجزيئية من معالجة نطاق أوسع من المعلومات البيولوجية بشكل ذاتي. قد يؤدي هذا التقدم إلى تحقيق تقنيات مبتكرة في مجال تقنية النانو والطب، مثل آلات النانو للتعرف الجزيئي في الموقع والتشخيص أو أنظمة توصيل الدواء الذكية”.
