بصمة الحمض النووي تقنية تستخدم لتحليل المادة الوراثية والتعرف على الأفراد في التحقيقات الجنائية واختبارات الأبوة. تقوم على أن نمط الحمض النووي يختلف بين الأشخاص اختلافاً كبيراً، ويظل ثابتاً في الشخص نفسه. تستخرج المادة الوراثية من عينات حيوية مثل الدم أو المني أو العظام أو الشعر، ثم تقطع بإنزيمات خاصة وتفصل شظاياها حسب الحجم بوساطة الرحلان الكهربائي، فتظهر في نمط من نطاقات متوازية يعكس خصائص الحمض النووي. تساعد هذه الأنماط على ربط العينة بشخص معين أو استبعاده، غير أن بعض المنتقدين حذروا من الاعتماد القضائي عليها إذا لم تطبق بدقة مخبرية عالية.

الحمض النووي جزيء معقد موجود في جميع الخلايا، وله نوعان رئيسيان هما الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين والحمض النووي الريبي. يؤدي الحمض النووي منقوص الأكسجين دوراً أساسياً في الوراثة، لأنه المادة الرئيسية في الصبغيات التي تحمل الشفرات اللازمة لنمو الكائن وانتقال الصفات إلى الخلايا الجديدة عند الانقسام. يتكون من سلاسل طويلة من وحدات تضم الفوسفات وسكراً خاصاً وقواعد نيتروجينية مرتبة ترتيباً دقيقاً يميز كل نوع من الكائنات. أما الحمض النووي الريبي فيختلف في نوع السكر وبعض القواعد، وينتشر في الخلية ويؤدي دوراً مهماً في تكوين البروتينات، إذ تحمل بعض جزيئاته تعليمات من النواة إلى الريبوسومات حيث تصنع البروتينات.

تخزين البيانات هو تسجيل المعلومات على وسط مادي أو رقمي يتيح حفظها واسترجاعها عند الحاجة. تشمل وسائط التخزين أشكالاً كثيرة، من الكتابة اليدوية والحمض النووي والتسجيل الصوتي والشريط المغناطيسي إلى الأقراص البصرية والوسائط الإلكترونية الحديثة. في الحاسوب يمثل تخزين البيانات وظيفة أساسية، إذ يسمح بحفظ الوثائق والبرامج والصور والأصوات وقواعد البيانات في مساحات أصغر كثيراً من نظائرها الورقية. يعتمد التخزين الرقمي على طاقة كهربائية وآليات قراءة آلية، وتندرج ضمنه تقنيات مثل الباركود والتعرف على الحروف بالحبر المغناطيسي، إضافة إلى وسائط مغناطيسية وبصرية وإلكترونية تتطور باستمرار مع نمو إنتاج المعلومات.

بوليميراز الحمض النووي الريبوزي إنزيم متعدد البروتينات يؤدي دوراً أساسياً في نسخ المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبوزي. يعمل على فتح سلسلتي الحمض النووي وتركيب النيوكليوتيدات الريبوزية وفق تكامل القواعد، فينشأ جزيء ريبوزي مطابق وظيفياً للقالب الوراثي. وتعد السيطرة على نشاط هذا الإنزيم من أهم آليات تنظيم التعبير الجيني واستجابة الخلية لظروفها.

تداخل الحمض النووي الريبي نظام موجود في الخلايا الحية يساعد على تحديد المورثات النشطة ومدى نشاطها، ويوجد في كثير من حقيقيات النوى ومنها الحيوانات. يبدأ هذا المسار من إنزيم دايسر Dicer، الذي يحول جزيئات الحمض النووي الريبي المعلقة بشكل ثنائي إلى أجزاء صغيرة يبلغ طولها نحو ٢٠ نيوكليوتيدة تقريباً. ويلعب هذا التداخل دوراً مهماً في مهاجمة الخلايا للمورثات المتطفلة مثل الفيروسات والنقولات، كما يساعد في عملية تطورها بشكل عام. استُخدم هذا الحمض في تطبيقات التقنية الحيوية، وتُعد الأحماض الريبية النووية إنتاجاً مباشراً للجينات، وقد فاز أندرو فاير وكريغ ميلو بجائزة نوبل عام ٢٠٠٦ عن عملهما في تداخل الحمض النووي الريبي بعد تجاربهما على الدودة الخيطية.

اكتُشف الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين، المعروف اختصاراً بـ”الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين”، عام ١٨٦٩، لكن فهم بنيته التركيبية لم يكتمل إلا عام ١٩٥٣، حين تبيّن شكله اللولبي المزدوج الذي يفسر كثيراً من خصائص الوراثة وانتقال الصفات بين الكائنات الحية. وقد استغرق هذا الاكتشاف العلمي عقوداً من البحث والتجارب إلى أن أمكن تحديد البناء الدقيق لهذا الجزيء الحيوي شديد الأهمية.

استفادت تقنية النانو المعتمدة على الحمض النووي من خصائص التعرّف الجزيئي الفريدة لدى الحمض النووي في بناء هياكل متنوعة، منها شبكات ثنائية الأبعاد، وأجهزة نانوية ميكانيكية، وحواسيب، وأشكال متعددة الأوجه، بل وحتى رسم وجه مبتسم باستخدام جزيئات الحمض النووي نفسها. وتعتمد هذه التطبيقات على قدرة سلاسل الحمض النووي على الارتباط الانتقائي وفق ترتيبها القاعدي، ما يجعلها مادة مناسبة لتشييد تراكيب دقيقة على مقياس النانو.

يُعدّ انقلاب قواعد الحمض النووي، أو ما يُعرف بـ”انقلاب القواعد” في الحمض النووي، آلية بنيوية دقيقة تُستخدم في عمليات حيوية أساسية مثل تضاعف الحمض النووي، وإضافة مجموعات الميثيل إلى الحمض النووي، ونسخ الحمض النووي الريبي. وفي هذه الآلية تنقلب قاعدة محددة خارج اللولب المزدوج مؤقتاً، بما يتيح للإنزيمات المتخصصة الوصول إليها والتعامل معها على نحو مباشر، وهو ما يساعد على تنظيم هذه العمليات وضمان دقتها داخل الخلية.

استُوحِيَت فكرة إنشاء مجال تقنية النانو المعتمدة على الحمض النووي لدى نادريان سيمن أثناء تأمله في نقش الخشب «دِبث» للفنان «إم. سي. إيشر» داخل حانة في الحرم الجامعي. وقد قادته هذه اللحظة التأملية إلى تصور إمكانات جديدة لبناء تراكيب نانوية دقيقة اعتماداً على جزيئات الحمض النووي، وهو ما أسهم لاحقاً في نشوء أحد المجالات البحثية الحديثة في علم المواد والبيولوجيا الجزيئية.

تُعد تقنية تسلسل الحمض النووي باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ من التقنيات الحديثة الواعدة في مجال التحليل الجزيئي، إذ تتيح قراءة تسلسل جزيئات الحمض النووي بصورة فردية، بدل الاعتماد على عينات مجمعة. وتكتسب هذه المنهجية أهميتها من قدرتها على إتاحة مستوى أعلى من الدقة في التعامل مع المادة الوراثية، ما يجعلها خياراً بحثياً مرشحاً لتطوير أساليب الفحص والتسلسل في المستقبل.