ДНК научились программировать с помощью температуры
Исследователи из Южной Кореи разработали TEMPER — метод программируемого полимеразного синтеза ДНК, в котором последовательностью реакции управляют с помощью температуры. Все заранее подготовленные компоненты помещают в одну пробирку, после чего нужные фрагменты собираются при смене температурных режимов без замены раствора между стадиями. Такой подход может упростить создание ДНК-конструкций для биотехнологий, хранения данных и нанотехнологий.
Разработку возглавил профессор Ёнчжэ Чхве из Корейского института передовых наук и технологий (KAIST). В основе TEMPER лежат ДНК-шпильки, настроенные на разные температурные окна за счет своей длины и последовательности. При слишком низкой температуре синтезированный фрагмент не отделяется от шпильки, а при слишком высокой праймер не может к ней присоединиться. Внутри нужного диапазона ДНК-полимераза удлиняет цепь, после чего полученный фрагмент становится праймером для следующей стадии, запускаемой при другой температуре.
Главное преимущество TEMPER заключается в том, что вся реакция проходит в одной пробирке на стандартном лабораторном термоциклере, без промывок и последовательной замены ДНК-заготовок. Авторы считают, что такая схема может сократить расход реагентов и упростить автоматизацию. При этом полноценного сравнения стоимости с промышленными технологиями синтеза ДНК в работе не приводится, поэтому экономическое преимущество пока остается ожидаемым.
Работу TEMPER команда показала на трех лабораторных прототипах. Система записи данных закодировала в ДНК и затем восстановила восьмисимвольную строку, переводя нули и единицы в последовательность температурных стадий. Колориметрический индикатор менял цвет после двух часов воздействия температуры выше заданных порогов в 30, 40 и 50 °C.
Регистратор без батареи записывал в ДНК температуру, продолжительность и порядок изменений в диапазоне от 20 до 60 °C, однако для чтения этой истории потребовалось секвенирование. В перспективе такие системы можно применять при перевозке вакцин, биопрепаратов, клеточных терапий и продуктов, для которых важно соблюдение холодовой цепи.
Пока TEMPER остается экспериментальной платформой. В работе система записала только восьмисимвольную строку, а по скорости и плотности записи она уступила некоторым существующим методам. Для масштабирования авторам предстоит сузить температурные окна, увеличить число независимых каналов и внедрить коррекцию ошибок. Поэтому сейчас TEMPER точнее рассматривать как новый принцип управления полимеразным синтезом и основу для температурных датчиков, а не как готовую замену промышленным ДНК-синтезаторам.
Подпишитесь на «Инк» в Telegram. Там мы пишем нескучным языком о самом важном для предпринимателей. Подписаться.
