تهیه کننده :  ساره رستمی 

• تیم تحقیقاتی دانشگاه اوزاکا از یک کامپیوتر کوانتومی برای تشخیص آدنوزین از سه مولکول نوکلئوتیدی دیگر استفاده کرده است.
• این نتیجه می تواند به عنوان اولین گام برای توالی یابی DNA در یک رویکرد کوانتومی باشد که یکی از اهداف اصلی تیم می باشد.
• آنالیز ژنومی فوق سریع، کاربردهای گسترده ای در زمینه کشف دارو، تشخیص سرطان و تحقیقات بیماری های عفونی خواهد داشت. اینها مواردی از کاربردهای بالقوه گسترده و هیجان انگیزی هستند که با ظهور فرایند آنالیز ژنومی فوق سریع انتظار می رود که انجام گیرد.

فناوری توالی‌یابی DNA، یعنی تعیین ترتیب باز‌های نوکلئوتیدی در یک مولکولDNA ، برای پزشکی شخصی‌ سازی شده و تشخیص بیماری‌ها مهم است، اما حتی سریع‌ترین فناوری‌ها برای خواندن یک توالی کامل به ساعت‌ها یا روزها نیاز دارند. اکنون، یک تیم تحقیقاتی چند نهادی به رهبری موسسه تحقیقات علمی و صنعتی (SANKEN) در دانشگاه اوزاکا، تکنیکی را توسعه داده‌اند که می‌تواند به الگوی جدیدی برای آنالیز ژنومی منجر شود.

توالی‌های DNA ترتیبات متوالی بازهای نوکلئوتیدی هستند که از چهار حرف تشکیل شده اند، شامل A (آدنوزین)، T (تیمیدین)، C (سیتیدین) و G (گوانوزین) که اطلاعات ارزشمندی را برای عملکرد صحیح یک ارگانیسم رمزگذاری می‌کنند. به عنوان مثال، تغییر هویت تنها یک نوکلئوتید از چندین میلیارد جفت نوکلئوتید در ژنوم انسان می تواند منجر به یک بیماری جدی پزشکی شود. بنابراین، توانایی خواندن سریع و مطمئن توالی‌های DNA برای برخی از تصمیم‌گیری‌های فوری و مهم مراقبتی، ازقبیل نحوه ادامه درمان شیمی‌درمانی، ضروری است.

متأسفانه، مسئله آنالیز ژنومی برای کامپیوترهای کلاسیک همچنان چالش برانگیز است و در این زمینه استفاده از کامپیوترهای کوانتومی امیدوار کننده هستند. در این کامپیوترها که به جای «۰» و «۱» کامپیوترهای کلاسیک از بیت‌های کوانتومی استفاده می‌ شود، افزایش نمایی در سرعت محاسبات تسهیل می‌ گردد.

در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله شیمی فیزیک B منتشر شده است، هدف محققان استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی برای تشخیص آدنوزین از سه مولکول نوکلئوتیدی دیگر بوده است. استفاده از رمزگذاری کوانتومی برای شناسایی مولکول های تک نوکلئوتیدی اولین گام ضروری به سمت هدف نهایی توالی یابی DNA است و این مشکلی است که محققان به دنبال حل آن بوده اند.

Masateru Taniguchi، نویسنده اصلی این مطالعه توضیح می‌دهد:” با استفاده از یک مدار کوانتومی، ما نشان می‌دهیم که چگونه یک نوکلئوتید را تنها از داده‌های اندازه‌گیری یک مولکول شناسایی کنیم. این اولین بار است که یک کامپیوتر کوانتومی به داده های اندازه گیری یک مولکول متصل می شود و امکان استفاده از کامپیوترهای کوانتومی در آنالیز ژنومی را نشان می دهد “.

محققان از الکترودهایی با فاصله ای در مقیاس نانو بین آنها برای شناسایی تک نوکلئوتیدها استفاده کرده اند. خروجی جریان در طی زمان برای نوکلئوتید آدنوزین مونوفسفات با سه نوکلئوتید دیگر متفاوت است. این به این دلیل است که مسیر هدایت الکترون ها بین نوکلئوتید و الکترودها به معماری شیمیایی نوکلئوتید بستگی دارد. این اساس طراحی یک گیت کوانتومی است که به عنوان اثر انگشت مولکولی برای هر نوکلئوتید عمل می کند.

Tomofumi Tada، نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: ” تغییرات در رسانایی به الگوهای چرخش مولکولی وابسته است که برای هر نوکلئوتید منحصربه‌فرد می باشد. در ست آپ فعلی، تمایز آدنوزین مونوفسفات از سه نوکلئوتید دیگر لزوماً ساده نیست، اما تعیین توالی DNA می‌تواند با طراحی گیت های کوانتومی برای نوکلئوتیدهای دیگر نیز امکان‌پذیر باشد“.