การทำให้ DNA เคลื่อนที่ด้วยตัวเองไม่ใช่เรื่องง่าย โดยปกติ DNA จะมีอยู่ในเซลล์ในลักษณะเกลียวเกลียวคู่แบบบิดเกลียว ซึ่งเป็นพิมพ์เขียวสำหรับวัสดุทั้งหมดของชีวิต มีความเสถียรและไม่มีปฏิกิริยา ไม่บิดเบี้ยวเพียงเพื่อคัดลอกเพื่อสร้างโมเลกุลอื่นๆ เช่น โปรตีนหรือเพื่อทำซ้ำตัวเองแต่ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีการใช้รหัสของ DNA ของตัวเองเพื่อให้มันเคลื่อนไหว สายดีเอ็นเอประกอบด้วยโครงสร้างทางเคมีพื้นฐาน 4 ชนิด ย่อมาจาก A, T, G และ C ใน DNA ปกติ ตัวอักษรทั้งสี่ตัวจะสะกดรหัสสำหรับการสร้างโปรตีน ในสไปเดอร์ ตัวอักษรเหล่านี้เป็นพื้นฐานของการขับเคลื่อน
ขาของแมงมุมแต่ละตัวทำจาก DNA
หนึ่งเส้นที่มีลำดับตัวอักษรที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ เช่นเดียวกับใน DNA ปกติ A ของเกลียวหนึ่งมีรูปทรงที่พอดีเพื่อจับกับ T ของอีกเส้นหนึ่ง และของ C จะจับคู่กับ G โดยผูกกับตัวอักษรคู่ที่ถูกต้อง ขาสามารถยึดติดกับ DNA เส้นเดียวที่อยู่ใกล้เคียงได้
นั่นคือสิ่งที่พื้นผิว origami เข้ามา DNA origami ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 2549 โดยนักชีววิทยาโมเลกุลสังเคราะห์ของ Caltech Paul Rothemund เขาพับดีเอ็นเอเส้นเดียวไปมาจนเต็มรูปร่างสองมิติที่ซับซ้อน: สามเหลี่ยมขนาดนาโน ดวงดาว และใบหน้าที่ยิ้ม จากนั้นเขาก็ออกแบบ “ลวดเย็บกระดาษ” ที่มีขนาดเล็กลงซึ่งจับคู่กับการพับของดีเอ็นเอที่อยู่ติดกันเพื่อยึดและยึดรูปร่างให้เข้าที่ เพียงแค่ผสมชิ้นส่วนที่เป็นเกลียวเดี่ยวเข้าด้วยกันในสารละลายก็ทำให้รูปร่างสามารถประกอบเข้าด้วยกันได้
โอริกามิ DNA ที่ประกอบเองได้ของ Rothemund ทำให้เป็นเส้นทางเดินที่เหมาะสำหรับแมงมุม DNA โดยมีพื้นผิว 2 มิติขนาดใหญ่ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สามารถตั้งโปรแกรมคำสั่งสำหรับการเคลื่อนไหวของแมงมุมได้ ด้วยวิธีนี้ แมงมุมจึงไม่ต้องพกพาข้อมูลใดๆ ขึ้นเครื่อง
ในการพับกระดาษ ลวดเย็บกระดาษบางเส้นจะยืดออกด้วยการสร้าง DNA
พิเศษเพื่อสร้างเส้นทางคลานสำหรับแมงมุม เส้นเดี่ยวเหล่านี้เพิ่มมิติที่สามให้กับพื้นผิวเรียบ โดยยื่นขึ้นไปจากกระดาษพับเหมือนสาหร่ายบนพื้นมหาสมุทร เนื่องจากลำดับตัวอักษร DNA ของพวกมันตรงกับขาแมงมุม ลวดเย็บกระดาษจึงยึดแมงมุมไว้กับผิวน้ำและสร้างเส้นทางสำหรับเดินต่อไป
ส่วนนั้นง่าย ส่วนที่ยุ่งยากคือการดึงขาของนาโนบ็อตขึ้นและก้าวไปข้างหน้าไปยังเกลียวถัดไป
ทางออกหนึ่งคือการใช้เอ็นไซม์ DNA ที่ขาแมงมุมผ่าแกนหลัก การหักเกลียวนั้นจะทำให้ขาหัก ปล่อยให้มันไปต่อกับเกลียวที่อยู่ใกล้ๆ ที่ยังไม่บุบสลาย
นักเคมี Milan Stojanovic จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียใช้วิธีการตัดนี้เพื่อให้แมงมุม DNA สามขาของเขาเคลื่อนไหวได้ด้วยตัวเอง พวกเขาสามารถก้าวขึ้นไปได้มากถึง 50 ก้าวโดยไม่สะดุดเขาและเพื่อนร่วมงานรายงานเมื่อวันที่ 13 พฤษภาคมในNature
ในอดีต ปัญหาอยู่ที่คนเดินสองขาบางครั้งยกขาทั้งสองข้างพร้อมกันและลอยออกจากลู่วิ่ง ด้วยสามขา แมงมุมมีโอกาสที่จะมีขาอย่างน้อยหนึ่งขาบนผิวน้ำตลอดเวลา
“ยิ่งคุณมีขามากเท่าไหร่ แมงมุมก็จะยิ่งเหนียวมากขึ้น และยิ่งพวกมันเดินได้มากเท่านั้น” สโตยาโนวิชกล่าว
แมงมุมของเขามีรยางค์พิเศษที่ทำงานเหมือนสมอที่จะผูกกับเกลียว “เริ่มต้น” บน origami เท่านั้น เมื่อนักวิจัยเพิ่ม DNA ที่ดึงสมอของแมงมุมออกไป แมงมุมก็เริ่มคลานไปตามสายอื่นๆ ของราง
เนื่องจากแมงมุมตัดใยในขณะที่มันเดิน ร่องรอย DNA จึงถูกใช้ไปข้างหลัง ดังนั้นแมงมุมจึงมีแนวโน้มที่จะก้าวไปข้างหน้าไม่ใช่ถอยหลัง ตามรอยที่วางไว้บนสนามพับกระดาษขนาด 65 x 90 นาโนเมตร แมงมุมจะเดินตรงไป เลี้ยวโค้ง และเดินไปตามเส้นทางโดยไม่ได้รับความช่วยเหลือจากภายนอก หลังจากผ่านไปประมาณ 30 นาที แมงมุมจะไปถึงเส้น “หยุด” ซึ่งเอ็นไซม์ที่เท้าของมันจะตัดไม่ได้ ภารกิจเสร็จสมบูรณ์.
Stojanovic กล่าวว่าเป้าหมายต่อไปของเขากับแมงมุมนี้คือการเพิ่มจำนวนขั้นตอนที่สามารถทำได้และตั้งโปรแกรมการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนมากขึ้นในการพับกระดาษ เขายังต้องการออกแบบแมงมุมที่สามารถเชื่อมโยงกันและร่วมมือในงานได้ แมงมุมอาจอ่านร่องรอยของกันและกัน เช่นเดียวกับมดหรือแมลงสังคมอื่นๆ
วันหนึ่งในอนาคตอันไกลโพ้น แมงมุมเหล่านี้อาจคลานไปมาบนเยื่อหุ้มเซลล์ รับรู้เซลล์ที่เป็นโรค และช่วยทำลายพวกมัน
“นั่นเป็นความฝัน ไม่ใช่สิ่งที่อยู่ใกล้แค่เอื้อม” สโตยาโนวิชกล่าว
เพื่อให้ความฝันนั้นเป็นจริง โปรแกรมรวบรวมข้อมูลจะต้องสำเร็จการศึกษาจากรอยทางดีเอ็นเอเทียมและสามารถสำรวจภูมิประเทศที่เป็นธรรมชาติมากขึ้น เช่น พื้นผิวของเซลล์ แต่เนื่องจากเยื่อหุ้มเซลล์ไม่ได้ปกคลุมไปด้วย DNA แมงมุมจึงต้องได้รับการออกแบบให้มีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลที่แตกต่างกัน บางทีอาจเป็นโปรตีนระดับกลางที่นักวิทยาศาสตร์จะใส่เข้าไปในเซลล์
“มันเป็นกระบวนการที่ช้า” สโตยาโนวิชกล่าว “ถ้าคุณอยากเห็นเรื่องแบบนั้นเกิดขึ้น คุณต้องผ่านเวทีที่เรากำลังจะผ่าน”
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
