למידע החדש ייתכנו יישומים חשובים בתחום הרפואה והתעשייה • לדברי החוקרים, הידע שנרכש לגבי המבנה האלקטרוני של הד.נ.א במחקר זה יכול גם לשמש מדענים כדי למצוא דרכים מתוחכמות, מהימנות, זולות ומהירות יותר לפענוח הרצף של הד.נ.א האנושי
חוקרים מהאוניברסיטה העברית מדדו לראשונה את המבנה האלקטרוני של מולקולות ד.נ.א בודדות
טכניקה המשלבת מדידות בטמפרטורה נמוכה וחישובים תיאורטיים אפשרה לחוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים למדוד לראשונה את המבנה האלקטרוני של מולקולות ד.נ.א. – *DNA בודדות.
המאפיינים האלקטרוניים של ה-DNA ד.נ.א מהותיים לשטחי מחקר כמו ביוטכנולוגיה ו-ננוטכנולוגיה. בין היתר, יש להם חשיבות במחקר של נזקי קרינה אולטרה-סגולה ל-ד.נ.א, העלולה לגרום לייצור של רדיקלים חופשיים ומוטציות גנטיות. במקרים אלה, תיקון הד.נ.א מתרחש ספונטנית ע”י העברת מטען אלקטרוני בסליל הד.נ.א, המשחזר את הקשרים המולקולאריים שניזוקו.
בתחום ה-ביו-ננו-אלקטרוניקה, העוסק, בין השאר בחקר מתקדם של מולקולות ביולוגיות ובייצור חוטים והתקנים חשמליים ו-ננו-מעגלים אלקטרוניים, ייתכן שהד.נ.א או נגזרותיו יוכלו לשמש כחיבורים ברשתות חישוביות מולקולאריות. חיבורים כאלה יכולים להיות קטנים ויעילים יותר מאלה המיוצרים כיום באמצעות טכנולוגיית סיליקון.
לדברי החוקרים, הידע שנרכש לגבי המבנה האלקטרוני של הד.נ.א במחקר זה יכול גם לשמש מדענים כדי למצוא דרכים מתוחכמות, מהימנות, זולות ומהירות יותר לפענוח הרצף של ה-ד.נ.א האנושי.
המחקר, שפורסם בכתב העת היוקרתי; “Nature Materials”, הוא תוצאה של שיתוף פעולה אקדמי בינלאומי: הוא נערך ע”י ארז שפיר בהנחיה ותיאום ע”י ד”ר דני פורת מהמחלקה לכימיה פיסיקלית והמרכז ל-ננו-מדע ו-ננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית, ולקחו בו חלק גם ד”ר רוזה די פליצ’ה ממרכז s3 של-INFM CNR במודנה, איטליה, פרופסור אלכסנדר קוטלייר מאוניברסיטת תל-אביב, פרופסור ג’יאנאורליו קוניברטי מאוניברסיטת רגנסבורג, גרמניה, והמרכז ל-סופר-חישוביות באיטליה.
למצוא דרכים מתוחכמות, מהימנות, זולות ומהירות יותר לפענוח הרצף של הד.נ.א האנושי
החוקרים הצליחו למדוד את המבנה האלקטרוני של הד.נ.א ולהעריך את התרומה של מרכיבים שונים של הסליל הכפול למבנה זה – הישג שחוקרים רבים ניסו להגיע אליו בעבר, אך קשיים טכניים מנעו מהם מלהצליח עד כה.
ההישג המשמעותי התאפשר הודות לשיתוף פעולה בין חוקרים ניסיוניים ותיאורטיים שהשתמשו ב-STM (scanning tunneling microscope) כדי למדוד את הזרם העובר לרוחבה של מולקולת ד.נ.א ארוכה והומוגנית המונחת על מצע של זהב בטמפרטורה של מינוס 195 מעלות צלזיוס.
באמצעות חישובים תיאורטיים המבוססים על פתרונות למשוואות קוונטיות ועל ידי התאמה למדידות הזרם שעבר במולקולה, חושב המבנה האלקטרוני של הד.נ.א והוערכה תרומת מרכיביו השונים לתוצאות המדידה הניסיונית.
מה זה DNA
DNA (ראשי תיבות באנגלית של Deoxyribonucleic Acid, חומצה דאוקסיריבונוקלאית; לעתים בתעתוק שגוי לעברית: דנ”א התעתוק הנכון הנו: די-אן-איי) היא מולקולת ענק של חומצת גרעין המכילה את כל המידע לבנייתם של כל החלבונים בתא. ל-DNA מבנה שמור לאורך כל האורגניזמים מחיידקים ועד לבני אדם.
ה-DNA מורכב מארבע אבני בניין – תת יחידות של בסיסים חנקניים (נוקלאוטידים) – שמחולקים לשני זוגות קבועים פורינים ופרימידינים שיוצרים קשר מימני רק זה עם זה; אדנין (A) עם תימין (T), וגואנין (G) עם ציטוזין (C).
מיליוני זוגות בסיסים כאלו מרכיבים את ה-DNA ויוצרים סליל כפול. הסליל הכפול ארוז בצורה קומפקטית במבנה של כרומוזומים.
פיענוח מבנה ה-DNA נזקף לזכות המדענים הבריטים ג’יימס ווטסון ו-פרנסיס קריק בשנת 1953. הזוג אף זכה בפרס נובל לפיזיולוגיה ורפואה על הגילוי בשנת 1962, יחד עם מוריס וילקינס. בדיעבד התברר שעבודתם התבססה, במידה רבה, על עבודתה של המדענית רוזלינד פרנקלין, עמיתתו של וילקנס, שנפטרה לפני קבלת הפרס.
כל מקטע משמעותי ב-DNA המכיל מידע לבנית חלבון או הוראות בקרה נקרא גן. רצף הבסיסים המרכיב את מולקולת ה-DNA מקודד גנים שונים.
עוד על ה-DNA היכנסו ל-ויקיפדיה.
