جدول المحتويات:

الكمبيوتر الجزيئي يكتشف فيروسات الإيبولا وماربورغ
الكمبيوتر الجزيئي يكتشف فيروسات الإيبولا وماربورغ
فيديو: الكمبيوتر الجزيئي يكتشف فيروسات الإيبولا وماربورغ
فيديو: فيروس جديد من غرب إفريقيا "ماربورغ" من سلالة إيبولا سريع الإنتشار فتاك خطير للغاية 2021 2023, شهر فبراير
Anonim

تطلق المواد من مسببات الأمراض الفتاكة تنبيهات مباشرة ، ويمكن أن تسرع عملية الكشف.

يعد الاكتشاف المبكر أمرًا أساسيًا لإبطاء تفشي فيروس إيبولا ، مثل ذلك الذي ينتشر حاليًا في جميع أنحاء غرب إفريقيا والذي يُقدر أنه أصاب ما يقرب من 1000 شخص ، وفقًا لأحدث تقرير لمنظمة الصحة العالمية. يقول الباحثون إن الكمبيوتر الجزيئي يمكن أن يبسط يومًا ما تحليل المقايسات الطبية الحيوية مثل تلك المستخدمة في تشخيص الإيبولا. ويمكن لجهاز نموذج أولي جديد عرض حرف الفلورسنت في وجود تسلسلات الحمض النووي من فيروس الإيبولا أو فيروس ماربورغ المرتبط ارتباطًا وثيقًا: "E" للإيبولا أو "M" لماربورغ.

تتمثل إحدى طرق التعرف على الميكروبات في المصفوفة الدقيقة التي تحتوي على خيوط من الأحماض النووية المكملة للحمض النووي أو الحمض النووي الريبي في فيروسات مختلفة. لإجراء هذه الاختبارات ، يقوم الأطباء بعزل وتضخيم الحمض النووي الفيروسي في عينات مأخوذة من مريض مصاب. ترتبط الأحماض النووية في العينة المنقاة بتلك الموجودة في المصفوفة ، وتنتج إشارة - عادةً جزيء فلوري. يظهر نمط من البقع الفلورية على المصفوفة ، ثم يفسر الكمبيوتر النمط لتحديد الفيروس في العينة.

المنطق الجزيئي

ومع ذلك ، فإن الاختبارات باستخدام أجهزة الكمبيوتر الجزيئية يمكن أن تبسط التشخيصات الطبية الحيوية. يجمع هذا النهج بين التعرف الجزيئي الذي يحدث على سطح المصفوفة الدقيقة والتعرف على الأنماط الذي يتم إجراؤه تقليديًا بواسطة الكمبيوتر الإلكتروني في خطوة واحدة. تتم برمجة أجهزة الكمبيوتر الجزيئية بمجموعات من الدنا أو الرنا أو بوابات منطقية البروتين التي تتفاعل مع مدخلات جزيئية متعددة لتوليد ناتج واحد.

يستخدم أحد أنواع البوابات المنطقية ريبوزيمات deoxy-ribozymes ، أو DNAzymes ، لتحويل مدخلات DNA إلى إخراج DNA ذي علامات فلورية. عندما يرتبط أحد الأحماض النووية المدخلة بحلقة مغلقة أحادية السلسلة على DNAzyme ، فإنها تطلق أحد طرفي الحلقة للانفصال عن جذع DNAzyme. يرتبط خيط من الحمض النووي ، يسمى الركيزة ، بالجذع ، ويقوم الحمض النووي بقص الركيزة. أحد منتجات هذا الانقسام هو خيط قصير من الحمض النووي يحتوي على صبغة فلورية. تضيء الصبغة الآن لأنها منفصلة عن مادة تقطير على الطرف الآخر من الركيزة.

يمكن للباحثين تصميم بنية الحمض النووي بحيث تعطل المدخلات البوابة ، بينما تتطلب بوابات المنطق الأخرى للحمض النووي مجموعات من المدخلات. يربط العلماء أنواعًا مختلفة من بوابات المنطق الجزيئي في دوائر تقوم بإجراء حسابات بناءً على المدخلات الجزيئية.

في عام 2006 ، ابتكرت جوان ماكدونالد ، التي كانت تعمل وقتها في جامعة كولومبيا بالولايات المتحدة ، وزملاؤها جهاز كمبيوتر جزيئي يستخدم 32 جزيءًا من الحمض النووي و 128 بوابة منطقية للحمض النووي لحساب الخطوة التالية في لعبة تيك تاك تو ضد خصم بشري. دائرة أخرى مكونة من 12 بوابة منطقية تعتمد على الحمض النووي تحسب الجذر التربيعي لعدد ثنائي مكون من أربعة بتات باستخدام ثمانية مدخلات. ويمكن لأجهزة الكمبيوتر الجزيئية أن تعمل أيضًا داخل الخلايا. تستشعر إحدى الدوائر مستويات من خمسة جزيئات ميكروية مختلفة ، وإذا كانت المستويات تتطابق مع تلك الموجودة عادةً في خلايا سرطان عنق الرحم البشرية ، فإن الدائرة تنتج بروتينًا يقتل الخلية.

عرض مقروء

الآن ، تساءلت ماكدونالد ، من جامعة صن شاين كوست في أستراليا ، وزملاؤها عما إذا كان من الممكن ربط بوابات المنطق DNAzyme بدوائر تنتج عرضًا مرئيًا للأرقام أو الحروف.

صمم فريقها بوابات منطقية للاستجابة لـ 15 قطعة من النوكليوتيدات من الحمض النووي من جينومات اثنين من الفيروسات الخيطية ، إيبولا وماربورغ. أدى وجود التسلسل الفريد لفيروس ماربورغ إلى قيام بوابة DNAzyme بشق خيط ركيزة يحتوي على صبغة فلورية خضراء.

ومع ذلك ، فإن السلالات الأربع لفيروس الإيبولا متنوعة للغاية لدرجة أنها لا تشترك في تسلسل مكون من 15 نيوكليوتيد. وهذا يعني أن الكشف عن الإيبولا يتطلب بوابة DNAzyme أكثر تعقيدًا بعض الشيء. قام الباحثون بهندسة DNAzyme مع حلقتين: واحدة للكشف عن تسلسل ماربورغ ، والأخرى لاكتشاف تسلسل مشترك لجميع الفيروسات الخيطية ، والتي تشمل ماربورغ وجميع سلالات الإيبولا. يتم تنشيط هذه البوابة فقط عندما يكون تسلسل الفيروس الخيطي موجودًا ، لكن تسلسل ماربورغ ليس موجودًا ؛ التنشيط يشق خصلة من الركيزة المسمى بصبغة الفلورسنت الوردي.

بعد ذلك ، استخدم الباحثون برنامج تصميم الدوائر لترتيب البوابتين المنطقيتين في كل من 15 بئراً من لوحة بها 384 بئراً. لقد أرادوا الترتيب لإنشاء حرف "M" أخضر استجابةً لمدخلات Marburg. ستؤدي إضافة تسلسل الفيروسات الخيطية بدون تسلسل ماربورغ إلى إنشاء حرف "E" وردي في الآبار. بعد احتضان الآبار بين عشية وضحاها باستخدام تسلسل الإدخال ، تصور الباحثون إخراج الحرف المقابل باستخدام صندوق ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

تقول ماكدونالد إن فريقها يختبر الآن بوابات الحمض النووي بعينات من الجينومات الفيروسية بدلاً من التسلسلات المركبة.

في تجربة أخرى ، بنى الباحثون حاسوبًا جزيئيًا أنتج عرضًا من سبعة أجزاء مثل تلك التي تُنشئ الأرقام على الساعات الرقمية. قاموا بترميز الأرقام من واحد إلى تسعة باستخدام مجموعات مختلفة من أربعة مدخلات DNA. ثم قاموا بإنشاء دائرة جزيئية بحيث تضاء الأجزاء المناسبة من الشاشة عند إضافة مدخلات رقم معين إلى الآبار.

يلمح عمل إثبات المبدأ هذا إلى إمكانية التخلص من أجهزة الكمبيوتر لقراءة المقايسات التشخيصية في المستقبل ، كما يقول ميلان ستويانوفيتش من جامعة كولومبيا. كان مستشار ما بعد الدكتوراه لماكدونالد من 2004 إلى 2012 ، لكنه لم يشارك في العمل الحالي. إنه متحمس لرؤية قراءة واضحة لعملية تتطلب خلاف ذلك فك نمط معقد على مصفوفة ميكروأري ، ويعتقد أن فكرة العرض الأبجدي الرقمي البسيط يمكن تطبيقها على أنواع أخرى من المنطق الجزيئي أيضًا.

شعبية حسب الموضوع