תאים כולם דורשים הובלת חומרים כדי לשמור על תפקודם. בתאי עצב, מנוע זעיר העשוי מחלבון הנקרא Kif1a אחראי לכך. מוטציות בחלבון זה יכולות להוביל להפרעות נוירולוגיות, כולל קשיים בהליכה, ליקוי אינטלקטואלי והשפלת עצבים. ידוע שמוטציות ב- KIF1A גורמות גם לביצוע מוטורי מוחלש, אך קשה היה למדוד את זה עד כה. חוקרים הכוללים אלה מאוניברסיטת טוקיו והמכון הלאומי לטכנולוגיית מידע ותקשורת (NICT) ביפן מדדו שינויים בכוח ה- KIF1A באמצעות ננו -ספרינג, מבנה קטנטן ומפותל, העשוי מ- DNA שעלול להוביל לשיפור אבחנה של מחלות הקשורות למוטציות של החלבון.
מצבים נוירולוגיים כמו הפרעה נוירולוגית הקשורה ל- KIF1A (Kand) יכולים להזיק מאוד לחייהם של הסובלים. לכן יש מאמץ ניכר למחקר סביבם מבחינת הפחתת חלק מהתסמינים. ומרכיב מרכזי בכך הוא האבחנה הראשונית, ככל שהנושאים המוקדמים נתפסים, כך ניתן לטפל מוקדם יותר.
Kand נובע ממוטציות בחלבון המוטורי Kif1a, ודווח כי כמה מוטציות Kif1a מייצרות כוח מוטורי של פחות מפיקונווטון, בהשוואה ל -3.8 פיקונטונים של גרסה בריאה. קשה מאוד לאתר כוחות אלה. אפילו עותק חזק של KIF1A ב -3.8 Piconewtons רק מפעיל טריליון מהכוח הדרוש להרים תפוח. מחקרים קודמים ניסו להשתמש בפינצטים אופטיים, המבוססים על לייזרים, אך האותות שנתנו לא היו ברורים ודגימות הבדיקה היו מנותקות לעתים קרובות. אז, חיפשנו אלטרנטיבה טובה יותר, וזה הוביל אותי להשתמש בננו-ספרינג DNA בצורת סליל, שנוצר על ידי החוקר הבכיר מיצוחירו איוואקי מ- NICT, הראשון מסוגו. "
פרופסור קומיקו הייאשי, המכון לפיזיקה של המדינה המוצקה, אוניברסיטת טוקיו
השם די מסביר את עצמו: זה סליל זעיר שרק ננומטר באורך, מיליארד מרוחב שיער אנושי, העשוי מ- DNA. זה יכול להיות מחובר היטב למשטח מקרקעין וגם לחלבון KIF1A, וכפי שאתה יכול לדמיין, אופיו האביב דמויו פירושו שהוא משתרע תלוי בכוח המופעל עליו. הננו -ספרינג זוהר תחת מיקרוסקופ כדי לציין את מידת המתיחות שלו. אז על ידי התבוננות בקפידה בקרינה זו, הייאשי וצוותה הצליחו למדוד במדויק עד כמה CiF1A בעוצמה מושכת על ננו -ספרינג DNA.
"לאחר שקיבלו תמונות פלואורסצנטיות של הננו-ספרינג, היה צורך להעריך את אורכו מהתמונות, ופיתחנו שיטת אומדן לכך. מדעי המידע הוכיחו גם הם חשובים לניתוח מולקולות יחיד", אמר הייאשי.
הננו -ספרינגים מיוצרים בתהליך שנקרא DNA OrigaMI, שם מקופל גדיל DNA ארוך באמצעות גדילים קצרים רבים יותר. תוכנות מחשב עוזרות לתכנן שתי צורות תלת מימדיות בשטח הננו, וה- DNA מתקפל נכון בפני עצמו מכיוון שהמולקולות המרכיבות מצטרפות לדרכים צפויות. בזכות צורתו וגמישותו, החוקרים יכולים לבנות מבנים קטנטנים, דמויי אביב העוקבים אחר תכנית עם דיוק מפתיע.
למרות שסביר להניח כי ננו -ספרינג ה- DNA לא יוביל לטיפול בפני עצמו, העובדה שהיא יכולה לסייע באבחון קנד היא צעד גדול קדימה. הייאשי וצוותה מפתחים כעת שיטות ניתוח נתונים עם תפוקה גבוהה מכיוון שיש יותר ממאה מוטציות KIF1A ידועות, והם רוצים לבנות מסד נתונים המקלג את מדידות הכוח שלהם.
"מכיוון שהתכונות הביופיזיות של החלבון המוטורי חשובות לחיזוי חומרת המחלה, אנו שואפים לשפר את התחזיות לחומרת קנד על ידי שילוב נתונים אלה במודלים מבוססי AI של ביצועי חלבון." אמר הייאשי.
