كتب – رامز يوسف:
اكتشف باحثون طريقة للتلاعب بالحمض النووي على المستوى الذري باستخدام تدرجات المجال الكهربائي للتحكم في دوران نواة النيتروجين.
وتشير نتائجهم إلى إمكانية استخدام الحمض النووي كآلية للتخزين والحساب في أجهزة الحوسبة الكمومية المستقبلية.
أجرى الدراسة باحثون من جامعة بكين، من خلال الجمع بين محاكاة الديناميكيات الجزيئية والحسابات الكيميائية الكمومية والتحليلات النظرية، وتكشف الدراسة كيف تتفاعل تدرجات المجال الكهربائي مع ذرات النيتروجين في الحمض النووي، وتشفير المعلومات الجينية والبنيوية من خلال توجهات الدوران النووي.
نُشرت النتائج في مجلة Intelligent Computing، وهي مجلة شريكة في العلوم، في مقال مفتوح المصدر بعنوان “تشفير المعلومات الجينية والبنيوية في الحمض النووي باستخدام تدرجات المجال الكهربائي والدورات النووية”.
قال المؤلفون: “كشف بحثنا عن أنماط اتجاهات المحور الرئيسي لتدرج المجال الكهربائي في مواقع ذرات النيتروجين في جزيئات الحمض النووي، ما يدل على أن هذه الاتجاهات مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بأنواع القواعد والبنية ثلاثية الأبعاد للحمض النووي”.
في الأساس، تخزن اتجاهات الدوران النووي لذرات النيتروجين معلومات حول كل من تسلسل الحمض النووي وشكلها ثلاثي الأبعاد. تفتح هذه الرؤية الباب أمام إمكانية استخدام الحمض النووي كنظام تخزين بيانات في الحوسبة الكمومية.
لكي يعمل الحمض النووي كجهاز حوسبة، يجب أن تكون لديه أيضًا آلية معالجة. تشير الدراسة إلى أن الدورات النووية للبروتون – أكثر تعقيدًا وتنوعًا من دورات النيتروجين – يمكن أن تتفاعل مع ذرات النيتروجين لتسهيل الحوسبة. قد يمكّن هذا التفاعل من إنشاء نظام حوسبة كمي قائم على الحمض النووي، ما يعزز إمكانية استخدام الجزيئات البيولوجية في تقنيات الحوسبة من الجيل التالي.
ترتبط ذرات النيتروجين في الحمض النووي إما بثلاث ذرات أو ذرتين، ما يؤدي إلى اتجاهات مختلفة لتدرج المجال الكهربائي. في الحالة الأولى، يكون المحور الرئيسي دائمًا عموديًا على المستوى الأساسي، بينما في الحالة الثانية، يتماشى المحور الرئيسي إما مع منتصف الروابط أو يكون عموديًا عليها تقريبًا، اعتمادًا على نوع القاعدة والنيتروجين. تختلف هذه التوجهات عبر القواعد الأربع: الأدينين، والجوانين، والسيتوزين، والثايمين.
وعلاوة على ذلك، حللت محاكاة نظام الدوران، بيانات تدرج المجال الكهربائي للقواعد المجاورة، ما يدل على أنه بالنسبة لذرات النيتروجين المرتبطة بذرات في الأدينين والجوانين، فإن زوايا الانحراف لتوجهات الدوران النووي تتوافق بشكل متسق مع زوايا الانحراف الهيكلي للقواعد. ومع ذلك، يُظهر السيتوزين والثايمين المزيد من التباين، مع عدم وجود قواعد ثابتة لتوجهات النيتروجين.
للتحقق من تدرجات المجال الكهربائي في الحمض النووي، استخدم المؤلفون محاكاة الديناميكيات الجزيئية لنمذجة الإحداثيات الذرية لجزيء الحمض النووي بمرور الوقت. لقد استخدموا نظام الحمض النووي المذاب مع الأيونات المضافة لضمان الحياد، وتطبيق خطوات التوازن والمحاكاة الصارمة. ثم أجريت حسابات كيميائية كمية على مجموعات فرعية مختارة من النوكليوتيدات، مع التركيز على مواضع ذرات النيتروجين داخل قواعد الحمض النووي. تم تحليل مكونات تدرج المجال الكهربائي لاستخراج اتجاهات المحور الرئيسي والقيم الذاتية.
من خلال مقارنة زوايا انحراف هياكل القاعدتين المتجانستين المتجاورتين في الحمض النووي بزوايا انحراف تدرجات المجال الكهربائي للنواة، حقق المؤلفون في اعتماد زوايا انحراف اتجاهات الدوران النووي على بنية الحمض النووي، بالإضافة إلى تأثير دورات نواة النيتروجين على اتجاهات دوران نوى البروتون المحيطة تحت تدرج المجال الكهربائي.
تتابع الدراسة أبحاث المؤلفين السابقة، التي ركزت على إمكانات الرنين الكهربائي النووي للتحكم في الدوران النووي لأيونات الصوديوم على الأغشية الفوسفوليبيدية باستخدام تدرجات المجال الكهربائي.
ووسعت الدراسة النتائج السابقة، وكشفت عن العلاقات المعقدة بين تدرجات المجال الكهربائي، وتوجهات ذرات النيتروجين، وهياكل قاعدة الحمض النووي، وعمقت فهم إجراء حسابات الحمض النووي من خلال التدخل الاصطناعي على المستوى الجزيئي، وتمهد الطريق لأساليب مبتكرة لتصميم الكمبيوتر الكمومي في المستقبل ومعالجة المعلومات الجينية.
المصدر: scitechdaily
