تحلیل ژنتیکی با روش PCR از زمان شیوع کووید-۱۹ بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت، اما اکنون فناوری‌های مبتنی بر نور مسیر را برای روش‌های بدون نیاز به PCR هموارتر کرده‌اند.
پژوهشگران دانشگاه متروپولیتن اوساکا موفق به توسعه یک روش نوین و بسیار حساس برای شناسایی DNA شده‌اند که بدون نیاز به تکثیر (PCR amplification) و با استفاده از ذرات پروبی هتروژن (ناهمگن)، امکان تحلیل بسیار سریع و دقیق ژنتیکی را فراهم می‌کند. این دستاورد می‌تواند انقلابی در حوزه‌های مختلف از جمله پزشکی، علوم محیط زیست و ابزارهای تشخیص قابل‌حمل ایجاد کند.
در گذشته، تحلیل تغییرات DNA و انجام آزمایش‌های ژنتیکی — از تشخیص بیماری‌های عفونی و سرطان در مراحل ابتدایی گرفته تا بررسی ایمنی مواد غذایی و تحلیل DNA محیطی — تقریباً همواره به عنوان Gold Standard (استاندارد طلایی) به PCR وابسته بوده است. اگرچه بسیاری با نام PCR در دوران پاندمی آشنا شدند، اما واقعیت این است که این آزمایش‌ها معمولاً زمان‌بر، پرهزینه و نیازمند تجهیزات پیشرفته و نیروی انسانی متخصص هستند.
اما در این پژوهش، تویوئوچی، توکونامی و اییدا از مؤسسه تحقیقاتی سامانه‌های شتاب‌دهنده با نور (RILACS) دانشگاه اوساکا اعلام کردند: “روش ما برای شناسایی DNA به PCR نیازی ندارد و به‌جای آن از نور برای ایجاد واکنش‌های تشخیصی بهره می‌برد.”
بر خلاف PCR که برای شناسایی DNA نیاز به ساخت میلیون‌ها نسخه از توالی هدف دارد، در این روش جدید، DNA هدف به‌صورت مستقیم و با تمرکز بالا و دقت افزایش‌یافته شناسایی می‌شود؛ آن هم با استفاده از نیروهای نوری قوی و پدیده‌ای به‌نام اثر گرمایش نوری (photothermal effect).
در این سیستم، از ذرات پروبی ناهمگن شامل نانوذرات طلا و میکروذرات پلی‌استیرن (polystyrene) استفاده می‌شود. این پروب‌ها، توالی‌های کوتاه و شناخته‌شده‌ای از DNA هستند که به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند تا با توالی مکمل خود در DNA هدف اتصال یابند؛ فرایندی که به آن هیبریداسیون DNA گفته می‌شود. این اتصال از طریق تابش فلورسانس قابل شناسایی است.
در ادامه، محلول حاوی DNA هدف و ذرات پروب در معرض تابش لیزر قرار می‌گیرد. وقتی اندازه ذرات با طول موج لیزر هماهنگ باشد، پدیده‌ای به نام “پراکندگی می (Mie scattering) “اتفاق می‌افتد که باعث ایجاد نیروهای نوری و تسریع در فرایند هیبریداسیون DNA می‌شود. هم‌زمان، نانوذرات طلا انرژی لیزر را جذب کرده و گرمای موضعی تولید می‌کنند که موجب افزایش اختصاصیت این اتصال می‌شود.
نویسندگان مقاله می‌نویسند:”تنها با حدود پنج دقیقه تابش نور لیزر، روش ما توانست جهش‌های ژنتیکی را با دقتی حدود ۱۰ برابر بیشتر از PCR دیجیتال شناسایی کند.”
با حذف مرحله تکثیر (PCR)، این روش نه تنها هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، بلکه فرایند تست را ساده‌تر و سریع‌تر می‌کند، و امکان استفاده گسترده‌تر در کاربردهای روزمره مانند سلامت شخصی، ایمنی غذایی و پایش محیط‌زیست را فراهم می‌سازد.
اییدا در پایان افزود:”ما امیدواریم این فناوری بدون نیاز به PCR را در تشخیص‌های دقیق سرطان، تحقیقات زیست‌شناسی کوانتومی و حتی تست‌های خانگی یا محیط‌زیستی به کار بگیریم.”
منبع:
Single Nucleotide Polymorphism Highlighted via Heterogeneous Light-Induced Dissipative Structure. ACS Sensors, 2025; 10 (2): 751 DOI: 10.1021/acssensors.4c02119
تهیه و تنظیم: سید طه نوربخش
نظارت و تأیید: فائزه محمدهاشم-متخصص ژنتیک
