सार:
भौतिकी के बुनियादी नियमों के अनुसार, समान विद्युत आवेश वाली वस्तुओं को एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करना चाहिए। चूंकि डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) अणु आम तौर पर एक नकारात्मक चार्ज रखता है, दो डीएनए डबल हेलिक्स स्ट्रैंड आमतौर पर एक दूसरे के पास आने पर मजबूत इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण उत्पन्न करते हैं। हालाँकि, जीवित कोशिकाओं के अंदर, डीएनए अणुओं को जीन पुनर्संयोजन और जीन साइलेंसिंग जैसी बुनियादी जीवन प्रक्रियाओं को चलाने के लिए अक्सर निकट संपर्क और सटीक युग्मन प्राप्त करना चाहिए।
यूके में यॉर्क विश्वविद्यालय और शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय के नेतृत्व में संयुक्त रूप से एक अंतरराष्ट्रीय शोध दल ने हाल ही में उच्च-रिज़ॉल्यूशन परमाणु बल माइक्रोस्कोपी और आणविक गतिशीलता सिमुलेशन का उपयोग करके पहली बार माइक्रोफिजिकल तंत्र का सीधे निरीक्षण और खुलासा किया जिसके द्वारा डीएनए अणु इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण पर काबू पाते हैं और "जिपर" की तरह कसकर काटते हैं।
यह प्रायोगिक खोज लगभग 20 साल पहले प्रस्तावित "इलेक्ट्रोस्टैटिक डीएनए जिपर मॉडल" की सूक्ष्म संरचना का पहला प्रत्यक्ष दृश्य प्रमाण प्रदान करती है। पहले की सैद्धांतिक परिकल्पनाओं ने सुझाव दिया था कि डीएनए के आसपास के घोल में नमक आयन हेलिक्स की सतह पर सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों के एक वैकल्पिक पैटर्न के निर्माण को प्रेरित कर सकते हैं, जिससे दो समानांतर डीएनए अणु दो इंटरलॉकिंग सर्पिल सीढ़ियों की तरह बारीकी से आपस में जुड़ जाते हैं। हालाँकि, आणविक पैमाने पर बेहद कमजोर ताकतों और तेजी से गतिशील परिवर्तनों के कारण, यह परिकल्पना हमेशा सैद्धांतिक कटौती चरण में रही है और प्रायोगिक इमेजिंग द्वारा सीधे सत्यापित नहीं की गई है।
इस अध्ययन में, वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने शॉर्ट-स्ट्रैंड डीएनए नमूनों पर नैनोस्केल पर बारीक सतह स्कैनिंग करने के लिए एक उच्च-सटीक परमाणु बल माइक्रोस्कोप का उपयोग किया, और दो डीएनए स्ट्रैंड के खांचे के लिए खांचे के अत्यधिक सटीक संरेखण को स्पष्ट रूप से देखा। एक साथ अल्ट्रा-लार्ज-स्केल कंप्यूटर आणविक गतिशीलता सिमुलेशन ने इसके पीछे की प्रेरक शक्ति का खुलासा किया: दोहरे सकारात्मक चार्ज (जैसे द्विसंयोजक धनायन) वाले छोटे धातु आयन समाधान में एक महत्वपूर्ण "आणविक पुल" की भूमिका निभाते हैं। इन सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों को डीएनए के पेचदार खांचे में सटीक रूप से डाला जा सकता है, जो चार्ज किए गए हथियारों की तरह एक इंटरेक्शन बल का विस्तार करते हैं और एक ही समय में दो नकारात्मक चार्ज किए गए डीएनए अणुओं को खींचते हैं, इस प्रकार इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण बाधा को पूरी तरह से रद्द कर देते हैं और पार कर जाते हैं जो मूल रूप से उनके दृष्टिकोण में बाधा डालते हैं।
अध्ययन ने आगे बताया कि डीएनए स्ट्रैंड के बीच युग्मन शक्ति समान रूप से वितरित नहीं है, लेकिन महत्वपूर्ण आधार अनुक्रम निर्भरता दिखाती है। विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों में धातु आयनों से जुड़ने की एक मजबूत क्षमता होती है, जिससे जीनोम में "पेयरिंग हॉटस्पॉट" की एक श्रृंखला बनती है जो भौतिक संरेखण और टाइट लॉकिंग के लिए प्रवण होती है।
वैज्ञानिकों ने कहा कि इस सूक्ष्म तंत्र की व्याख्या का बुनियादी चिकित्सा और बायोइंजीनियरिंग के लिए दोहरा मार्गदर्शक महत्व है। रोग तंत्र के स्तर पर, जीनोम में डीएनए युग्मन हॉटस्पॉट की पहचान करने से शोधकर्ताओं को यह समझने में मदद मिल सकती है कि जब विशिष्ट उत्परिवर्तन सामान्य क्रोमैटिन संयोजन या पुनर्संयोजन युग्मन को बाधित करते हैं, तो यह सेलुलर असामान्यताएं पैदा कर सकता है और यहां तक कि कैंसर को भी प्रेरित कर सकता है; जैव प्रौद्योगिकी स्तर पर, आयन पुलों के माध्यम से डीएनए की स्व-संयोजन के भौतिक नियमों में महारत हासिल करने से नैनोइंजीनियरों को उच्च शक्ति, प्रोग्रामयोग्य कृत्रिम डीएनए नैनोस्ट्रक्चर और दवा वितरण वाहक को अनुकूलित करने के लिए नए डिजाइन दिशानिर्देश मिलेंगे।
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