طراحی و ارزیابی یک حسگرآپتانانو جهت تشخیص و اندازه گیری سریع باقیمانده حشره کش دیازینون در دو محیط شبیه سازی شده رایانه ای (In Silico) و آزمایشگاهی (In Vitro)

عنوان دوره: بیست و دومین کنگره گیاهپزشکی ایران

محمود جوکار؛ محمد حسن صفرعلیزاده؛ فرزین هادیزاده؛ فاطمه رحمانی

باقیمانده‌های آفت‌کش‌ها به بلای برای نسل حاضر تبدیل گشته است. بیماری‌ها، اختلالات ژنتیکی نوزادان، آسیب به پیکره زیست محیط، تنها بخشی از انبوه خساراتی است، که بقایای سموم بر زندگی مردم کشور ایران وارد نموده است. تشخیص و اندازه‌گیری باقیمانده آفت‌کش‌ها در محصولات کشاورزی یکی از مهمترین دغدغه‌های کارشناسان سلامت غذا می‌باشد. اما سنجش باقیمانده حشره‌کش‌ها با روش‌های متداول نظیر نظیر HPLC، GC-MS و یا LC-MS بسیار‌گران، سخت، زمان‌بر و همچنین نیاز به نیروی ماهر دارد. لیکن توسعه زیست‌حسگرهایی که بتواند با رفع موانع مذکور، در محل، حضور باقیمانده آفت‌کش‌ها را با دقت و اثر انتخابی بالا نشان دهد، ضروری است. حشره‌کش دیازینون ، که از پرمصرف‌ترین حشره‌کش‌ها در کشور ایران هست، هدف اصلی پژوهش حاضر قرار دارد. در این پژوهش سعی گشته با ارایه یک تکنیک توانمند رنگ‌سنجی بوسیله نانوذرات نقره که بر روی آنها گیرنده‌های آپتامری (توالی تک رشته‌ای DNA که با قدرت بالا و گزینش‌پذیر به دیازینون متصل می‌گردند) سوار شده، باقیمانده دیازینون را در آب با دقت بالا اندازه‌گیری نماید. از آنجایی که مراحل غربالگری و ارزیابی توسط آپتامرها در جهان بعنوان یک روش گران محسوب می‌شود، در این پژوهش همچون، بسیاری از پژوهشگران در مرحله اول از بین ده‌ها آپتامر دارای پتانسیل کاربرد، یک آپتامر را با روش‌های غربالگری مجازی انتخاب گشت. ابتدا ساختارهای دوازده آپتامر متصل شونده به دیازینون با روش Homology modelتوسط نرم افزار Modeller® از روی قالب-های موجود در بانک‌های پروتینی جهانی (RCSB Protein Data Bank ، Uniport و...) ساخته شد. الگوی داکینگ دیازینون بر روی تمامی آپتامرها بررسی گشت و محتمل‌ترین کنفورماسیون به‌عنوان الگو اصلی اتصال دیازینون-آپتامر براساس Genetic Algorithm Lamarckian برای هر آپتامر انتخاب شد. پایداری کمپلکس‌های آپتامر-دیازینون توسط روش دینامیک مولکولی توسط نرم افزار NAMD تحت CHARMM27 FORCE FIELD بروی40 هسته 3GHz مرکز پردازش ابری شیخ بهایی اصفهان ارزیابی شد. نتایج غربالگری مجازی برای انتخاب مناسب‌ترین آپتامر، آپتامر DF20 (دارای قابلیت G-quadruplex) را مناسب‌ترین گیرنده برای کاربرد در ارزیابی‌های آزمایشگاهی عملکرد زیست‌حسگر نشان داد. آپتامر مذکور پس از سنتز توسط شرکت Bioneer® با تکنیک PAGE خالص سازی شد. نانوذرات نقره با قطر تقریبی nm 30-10 در دما اتاق ساخته شد. مکانیسم اصلی شناسایی حشره‌کش براساس تغییر رنگ سریع (کمتر از دقیقه) محلول زرد رنگ نانو ذرات نقره به خاکستری در اثر تخریب آپتامر و سطح نانوذرات استوار است. ثبت تغییرات طیف جذبی محلول‌های زیست‌حسگر در بازه nm 800-300 توسط اسپکتروفتومتر رابطه خطی با ضریب تبیین (R2) 9928/0 بین غلظت دیازینون و میزان تغییرات در طیف جذبی محلول زیست‌حسگر در منحنی کالیبراسیون را نشان داد. قدرت تشخیص و حد کیفیت تشخیص زیست‌حسگر دیازینون به ترتیب 903/17 و 25/54 نانومولار (تقریبا 005/0 و 016/0 ppm) بود. نتایج ارزیابی‌های مجازی، پیوند بین آپتامر‌ها و دیازینون را کاملا همسو با نتایج آزمایشگاهی نشان داد.

آپتا-نانو-حسگر؛ دیازینون؛ دینامیک مولکولی؛ غربالگری مجازی